Kurs języka C++ – wykład 13 ( )

1 Kurs języka C++ – wykład 13 (19.05.2014)Narzędzia progr...

Author: Mikolaj Stroka

0 downloads 2 Views

1 Kurs języka C++ – wykład 13 (19.05.2014)Narzędzia programistyczne w bibliotece standardowej

2 Spis treści Standardowa biblioteka wzorców STL Pary i tupleSprytne wskaźniki Ograniczenia liczbowe Minimum i maksimum Zamiana zawartości obiektów Operatory porównywania Współczynniki Pomiar czasu Funkcje lambda

3 STL STL (ang. Standard Template Library) to standardowa biblioteka wzorców w C++. Wszystkie składniki STL są wzorcami. STL jest rdzeniem biblioteki standardowej C++. Wszystkie identyfikatory w bibliotece standardowej C++ zdefiniowane są w przestrzeni nazw std. Zaleta STL – mnóstwo gotowych szablonów klas pozwalających programować na wyższym poziomie abstrakcji. Wada STL – brak oczywistości (koniecznie czytaj dokumentację)

4 STL Biblioteka STL składa się z kilku modułów: strumienie we/wy,kontenery, iteratory, algorytmy, obiekty funkcyjne, łańcuchy, wyrażenia regularne, wielowątkowość i przetwarzanie współbieżne, internacjonalizacja, klasy narzędziowe.

5 Pary Szablon struktury pair<> (zdefiniowany w ) umożliwia potraktowanie dwóch wartości jako pojedynczego elementu. Para posiada dwa pola: first i second. Para posiada konstruktor dwuargumentowy oraz domyślny i kopiujący. Pary można porównywać (operatory == i <). Istnieje szablon funkcji make_pair() do tworzenia pary (typy danych są rozpoznawane przez kompilator po typach argumentów). Przykłady: void f (std::pair); void g (std::pair); … std::pair p(44,”witaj”); f(p); // wywołuje domyślny konstruktor kopiujący g(p); // wywołuje konstruktor wzorcowy g(std::make_pair(44,”witaj”)); // przekazuje dwie // wartości jako parę z wykorzystaniem konwersji // typów Pary są wykorzystywane w kontenerach map i multimap.

6 Pary – przykłady void f(std::pair); void g(std::pair); ... std::pair p(46,"hello"); f(p); // OK: // calls implicitly generated copy constructor g(p); // OK: // calls template constructor

7 Tuple W C++11 zdefiniowano tuple do przechowywania wielu wartości a nie tylko dwóch (szablon tuple<> jest analogią do szblony pary pair<>). Tupla posiada wiele ponumerowanych pól, do których dostęp mamy za pomocą metody get. Tupla posiada konstruktor wieloargumentowy oraz domyślny i kopiujący. Tuple można porównywać za pomocą operatorów porównań (porównywanie leksykograficzne). Istnieje szablon funkcji make_tuple() do tworzenia tupli (typy danych są rozpoznawane przez kompilator po typach argumentów). Istnieje szablon funkcji tie() do tworzenia tupli z referencjami (jako argumenty podaje się zmienne). Szablon tuple_size::value służy do podania liczby elementów w tupli. Szablon tuple_element::type służy do podania typu elementu o indeksie idx w tupli.

8 Tuple – przykłady // create a four-element tuple // - elements are initialized with default value tuple> t; // create and initialize a tuple explicitly tuple t1(41,6.3,"nico"); // ‘‘iterate’’ over elements: cout << get<0>(t1) << " "; cout << get<1>(t1) << " "; cout << get<2>(t1) << " "; cout << endl;

9 Tuple – przykłady // create tuple with make_tuple() // - auto declares t2 with type of right-hand side auto t2 = make_tuple(22,44,"nico"); // assign second value in t2 to t1 get<1>(t1) = get<1>(t2); // comparison and assignment // - including type conversion if (t1 < t2) { // compares value for value t1 = t2; // OK, assigns value for value }

10 Sprytne wskaźniki Sprytne wskaźniki są zdefiniowane w pliku nagłówkowym . Sprytne wskaźniki maksymalnie naśladują zwykłe wskaźniki. Sprytne wskaźniki wspierają technikę zdobywania zasobów poprzez inicjalizację. Wskaźnik shared_pointer<> jest wskaźnikiem ze zliczaniem referencji – współdzielony wskaźnik automatycznie niszczy swoją zawartość, jeśli nie ma już współdzielonych wskaźników odnoszących się do obiektu początkowo tworzonego dla współdzielonego wskaźnika. Słaby wskaźnik weak_ptr<> jest referencją do wskaźnika shared_ptr<>, która może określać, czy wskaźnik shared_ptr<> był kasowany czy też nie – sam weak_ptr<> nie ma na celu zachowywanie się jak zwykły wskaźnik C++; po prostu jest obiektem i dostęp do faktycznego wskaźnika wymaga stworzenia obiektu shared_ptr<>. Wskaźnik unique_ptr<> jest zamiennikiem przestarzałego auto_ptr<> – ma wszystkie możliwości auto_ptr<> z wyjątkiem niebezpiecznego niejawnego przenoszenia z l-wartości; wskaźnik unique_ptr<> może być stosowany z kontenerami C++11 uwzględniającymi przenoszenie.

11 Ograniczenia liczboweTypy numeryczne posiadają ograniczenia zależne od platformy i są zdefiniowane w szablonie numeric_limits<> (zdefiniowany w , stałe preprocesora są nadal dostępne w i ). Wybrane składowe statyczne szablonu numeric_limits<>: is_signed, is_integer, is_exact, is_bounded, is_modulo, has_infinity, has_quiet_NaN, min(), max(), epsilon(). Przykłady: numeric_limits::is_signed; numeric_limits::is_modulo; numeric_limits::max(); numeric_limits::min(); numeric_limits::epsilon();

12 Minimum i maksimum Obliczanie wartości minimalnej oraz maksymalnej: template inline const T& min (const T &a, const T &b) { return b inline const T& max (const T &a, const T &b) { return a Istnieją też wersje tych szablonów z komparatorami (funkcja lub obiekt funkcyjny): template inline const T& min (const T &a, const T &b, C comp) { return comp(b,a) ? b : a; } template inline const T& max (const T &a, const T &b, C comp) { return comp(a,b) ? b : a; }

13 Minimum i maksimum Przykład 1: bool int_ptr_less (int *p, int *q) { return *p<*q; } … int x = 33, y = 44; int *px = &x, *py = &y; int *pmax = std::max(px,py,int_ptr_less); Przykład 2: int i; long l; … l = max(i,l); // BŁĄD // niezgodne typy argumentów l = std::max(i,l); // OK

14 Minimum i maksimum Funkcja minmax()zwraca parę elementów pair<>, gdzie pierwszy element jest minimum a drugi maksimum. Argumentem funkcji minmax()są dwa elementy albo lista elementów; ostatnim argumentem może być metoda porównująca. Przykład: bool int_ptr_less (int* a, int* b) { return *a < *b; } int x = 17, *px = &x; int y = 42, *py = &y; int z = 33, *pz = &z; std::pair extremes = std::minmax ({px, py, pz}, int_ptr_less); // auto extremes = // std::minmax ({px, py, pz}, // [](int*a, int*b) { return *a < *b; });

15 Zamiana zawartości obiektówZamiana dwóch wartości: template inline void swap (T &a, T &b) { T tmp(a); a = b; b = tmp; } Można też zamieniać ze sobą tablice o określonej liczbie elementów: template void swap (T (&a)[N], T (&b)[N]) noexcept(noexcept(swap(*a, *b))); Przykład: int x = 33, y = 44; … std::swap(x,y);

16 Operatory porównywaniaCztery funkcje szablonowe (zdefiniowane w ) na podstawie operatorów == i < definiują operatory porównań !=, <=, >= i >. Funkcje te są umieszczone w przestrzeni nazw std::rel_ops. Przykład: class X { … public: bool operator== (const X &x) const throw(); bool operator< (const X &x) const throw(); … }; … void foo () { using namespace std::rel_ops; X x1, x2; … if (x1!=x2) { … } … }

17 Współczynniki W pliku nagłówkowym jest zdefiniowany szablon do tworzenia współczynników. Definicja tego szablonu przypomina liczbę wymierną: template class ratio { public: typedef ratio type; static constexpr intmax_t num; static constexpr intmax_t den; //… }; Licznik num i mianownik den są automatycznie redukowane do minimalnych wartości (mianownik będzie dodatni).

18 Współczynniki – przykładytypedef ratio<25,15> FiveThirds; cout << FiveThirds::num << "/" << FiveThirds::den << endl; // 5/3 ratio<42,42> one; cout << one.num << "/" << one.den << endl; // 1/1 ratio<0> zero; cout << zero.num << "/" << zero.den << endl; // 0/1 typedef ratio<7,-3> Neg; cout << Neg::num << "/" << Neg::den << endl; // -7/3

19 Współczynniki Obliczenia na współczynnikach można wykonywać w trakcie kompilacji za pomocą następujących szablonów: ratio_add, ratio_subtract, ratio_multiply i ratio_divide (operacje arytmetyczne) oraz ratio_equal, ratio_not_equal, ratio_less, ratio_less_equal, ratio_greater i ratio_greater_equal (porównania). Przykład: ratio_add,ratio<2,6>>::type ratio_equal,ratio<25,15>>::value Istnieje też wiele predefiniowanych jednostek ratio<>: pico, nano, micro, milli, centi, deci, deca, hecto, kilo, mega, giga, tera…

20 Pomiar czasu Biblioteka standardowa wprowadza narzędzia pomocne do pomiaru czasu – są one zdefiniowane w pliku nagłówkowym w przestrzeni nazw std::chrono. Podstawowe pojęcia: punkt czasowy (ang. timepoint), przedział czasowy (ang. duration), epoka – punkt bieżący zegara (ang. epoch).

21 Pomiar czasu Przedział czasowy reprezentowany przez szablon std::chrono::duration<> jest liczbą określonych jednostek czasowych (mierzonych w sekundach). Przykłady: std::chrono::duration twentySeconds(20); std::chrono::duration> halfAMinute(0.5); std::chrono::duration> oneMillisecond(1); W bibliotece standardowej zdefiniowano następujące typy przedziałów czasowych: nanoseconds, microseconds, milliseconds, seconds, minutes i hours. Przykłady: std::chrono::seconds twentySeconds(20); std::chrono::hours aDay(24);

22 Pomiar czasu Przedziały czasowe możemy porównywać, dodawać, odejmować, mnożyć i dzielić przez współczynniki oraz inkrementować i dekrementować o określoną jednostkę. Przykład: chrono::duration> d1(1); // 1/3 sekundy chrono::duration> d2(1); // 1/5 sekundy d1 + d2 /* 8 jednostek z 1/15 sekundy */ d1 < d2 /* false */

23 Pomiar czasu Zegar definiuje epokę i długość tyknięcia zegara.W bibliotece standardowej zdefiniowane są trzy zegary: system_clock (z funkcjami to_time_t() oraz from_time_t()), steady_clock (nigdy nie korygowany) i high_resolution_clock (dokładny zegar systemowy). Bieżący czas można uzyskać za pomocą metody now(): auto system_start = chrono::system_clock::now(); Sprawdzenie czy upłynęła co najmniej minuta do startu: if (system_clock::now() > system_start minutes(1))