КОНТЕЙНЕРНЫЕ КЛАССЫ
Контейнерные классы – это классы, предназначенные для хранения данных, организованных определенным образом. Примерами контейнеров могут служить массивы, линейные списки или стеки. Для каждого типа контейнера определены методы для работы с его элементами, не зависящие от конкретного типа данных, которые хранятся в контейнере, поэтому один и тот же вид контейнера можно использовать для хранения данных различных типов.
Использование контейнеров позволяет значительно повысить надежность программ, их переносимость и универсальность, а также уменьшить сроки их разработки. Данная возможность реализуется с помощью шаблонов классов (см. приложения 1 и 2), поэтому часть библиотеки С++ , в которую входят контейнерные классы, а также алгоритмы и итераторы, называют стандартной библиотекой шаблонов ( STL ).
Недостаток использования этой технологии– снижение быстродействия программ.
STL содержит контейнеры, реализующие основные структуры данных,
используемые программами: векторы, двусторонние очереди, списки и их раз-
новидности , словари и множества . Контейнеры можно разделить на два типа: последовательные и ассоциативные . Последовательные контейнеры обеспечивают хранение конечного количества однотипных величин в виде непрерывной последовательности. К ним относятся векторы( vector ), двусторонние очереди ( deque ) и списки ( list ), а также так называемые адаптеры контейнеров– стеки ( stack ), очереди ( queue ) и очереди с приоритетом ( priority-queue ).
Каждый вид контейнера обеспечивает свой набор действий над данными. Выбор вида контейнера зависит от того, что требуется делать с данными в программе. Например, при необходимости часто восстанавливать и удалять элементы из середины последовательности, следует использовать списки, а если включение элементов выполняется главным образом в конец или начало последовательности – двустороннюю очередь.
Ассоциативные контейнеры обеспечивают быстрый доступ к данным по ключу. Эти контейнеры построены на основе сбалансированных деревьев. Существует пять типов ассоциативных контейнеров: словари ( map ), словари с дубликатами( multimap ), множества ( set ), множества с дубликатами ( multiset ) и битовые множества ( bitset ).
Практически в любом контейнерном классе определены поля следующих типов (табл. 6).
16.6 – Контейнерные классы
В реальной жизни мы постоянно используем контейнеры. Сухие завтраки поставляются в коробках, страницы в вашей книге находятся внутри обложки и переплета, и вы можете хранить любое количество предметов в контейнерах в своем гараже. Без контейнеров было бы крайне неудобно работать со многими из этих объектов. Представьте, что вы пытаетесь прочитать книгу без какого-либо переплета или съесть хлопья, которые не были в коробке, и без тарелки. Это был бы бардак. Ценность контейнера в основном заключается в его способности помогать организовывать и хранить предметы, помещенные в него.
Точно так же контейнерный класс – это класс, предназначенный для хранения и организации нескольких экземпляров другого типа (либо другого класса, либо базового типа). Существует множество различных типов контейнерных классов, каждый из которых имеет различные преимущества, недостатки и ограничения в использовании. Безусловно, наиболее часто используемым контейнером в программировании является массив, примеры которого вы уже видели. Хотя C++ имеет встроенную поддержку массивов, программисты часто используют вместо него контейнерные классы массивов ( std::array или std::vector ) из-за дополнительных преимуществ, которые они предоставляют. В отличие от встроенных массивов, классы-контейнеры массивов обычно обеспечивают динамическое изменение размера (при добавлении или удалении элементов), запоминают свой размер при передаче в функции и выполняют проверку границ. Это не только делает классы-контейнеры массивов более удобными, чем обычные массивы, но и более безопасными.
Классы-контейнеры обычно реализуют довольно стандартный минимальный набор функций. Большинство хорошо определенных контейнеров будут включать функции, которые:
- создают пустой контейнер (через конструктор);
- вставляют новый объект в контейнер;
- удаляют объект из контейнера;
- сообщают количество объектов, находящихся в настоящее время в контейнере;
- очищают контейнер от всех объектов;
- предоставляют доступ к хранимым объектам;
- сортируют элементы (необязательно).
Иногда некоторые классы-контейнеры опускают некоторые из этих функций. Например, классы-контейнеры массивов часто опускают функции вставки и удаления, потому что они медленные, и разработчик класса не хочет поощрять их использование.
Классы-контейнеры реализуют связь «член чего-либо». Например, элементы массива являются членами (принадлежат) массива. Обратите внимание, что мы используем термин «член» в общепринятом смысле, а не в смысле члена класса C++.
Типы контейнеров
Классы контейнеров обычно бывают двух разных видов. Контейнеры значений – это композиции, в которых хранятся копии хранимых объектов (и, таким образом, контейнеры несут ответственность за создание и уничтожение этих копий). Контейнеры ссылок – это агрегации, которые хранят указатели или ссылки на другие объекты (и, следовательно, не несут ответственности за создание или уничтожение этих объектов).
В отличие от реальной жизни, где контейнеры могут содержать любые типы объектов, которые вы в них помещаете, в C++ контейнеры обычно содержат только один тип данных. Например, если у вас есть массив чисел int , он будет содержать только числа int . В отличие от некоторых других языков, многие контейнеры C++ не позволяют произвольно смешивать типы. Если вам нужны контейнеры для хранения чисел int и double , вам, как правило, придется написать для этого два отдельных контейнера (или использовать шаблоны, что является расширенной функцией C++). Несмотря на ограничения использования, контейнеры чрезвычайно полезны и делают программирование проще, безопаснее и быстрее.
Контейнерный класс массива
В этом примере мы собираемся написать класс массива значений int с нуля, который реализует большую часть общих функций, которые должны иметь контейнеры. Этот класс массива будет контейнером значений, в котором будут храниться копии элементов. Как следует из названия, контейнер будет содержать массив чисел int , аналогичный std::vector<int> .
Сначала создадим файл IntArray.h :
Нашему классу IntArray нужно будет отслеживать два значения: сами данные и размер массива. Поскольку мы хотим, чтобы наш массив мог изменяться в размере, нам нужно будет выполнить какое-то динамическое размещение, что означает, что для хранения данных нам придется использовать указатель.
Теперь нам нужно добавить несколько конструкторов, которые позволят нам создавать объекты IntArray . Мы собираемся добавить два конструктора: один, который создает пустой массив, и второй, который позволит нам создать массив заранее определенного размера.
Нам также понадобятся функции, которые помогут очистить объекты IntArray . Сначала мы напишем деструктор, который просто освобождает любые динамически размещенные данные. А затем напишем функцию с именем erase() , которая сотрет массив и установит значение длины в 0.
Теперь давайте перегрузим operator[] , чтобы мы могли получить доступ к элементам массива. Мы должны проверить индекс, чтобы убедиться, что он корректен, что лучше всего сделать с помощью функции assert() . Также добавим функцию доступа для получения длины массива. Пока всё:
На данный момент у нас есть класс IntArray , который мы уже можем использовать. Мы можем размещать объекты IntArray заданного размера и можем использовать operator[] для извлечения или изменения значений элементов.
Однако есть еще кое-что, что мы не можем сделать с нашим объектом IntArray . Мы по-прежнему не можем изменить его размер, по-прежнему не можем вставлять или удалять элементы и по-прежнему не можем отсортировать его.
Во-первых, давайте напишем код, который позволит нам изменять размер массива. Для этого мы напишем две разные функции. Первая функция, reallocate() , уничтожает все существующие элементы в массиве при изменении его размера, но она будет быстрой. Вторая функция, resize() , сохраняет все существующие элементы в массиве при изменении его размера, но она будет медленной.
Ух! Это было немного сложно!
Многие контейнерные классы массивов на этом останавливаются. Однако на всякий случай, если вы хотите увидеть, как будут реализованы функции вставки и удаления, мы напишем и их. Алгоритмы их обеих очень похожи на resize() .
Ниже приведен наш контейнерный класс IntArray целиком.
А теперь давайте протестируем его, чтобы убедиться, что он работает:
Эта программа дает следующий результат:
Хотя написание контейнерных классов может быть довольно сложным, хорошая новость заключается в том, что вам нужно написать их только один раз. Как только контейнерный класс заработает, вы можете повторно использовать его так часто, как захотите, без каких-либо дополнительных усилий по написанию кода.
Также стоит прямо упомянуть, что даже несмотря на то, что наш пример класса-контейнера IntArray хранит значения встроенного типа данных ( int ), мы могли бы так же легко использовать пользовательский тип (например, класс Point ).
Еще один момент: если класс из стандартной библиотеки соответствует вашим потребностям, используйте его вместо создания своего собственного. Например, вместо IntArray лучше использовать std::vector<int> . Он протестирован в боевых условиях, эффективен и прекрасно сочетается с другими классами стандартной библиотеки. Но иногда вам может понадобиться специализированный контейнерный класс, которого нет в стандартной библиотеке, поэтому полезно знать, как создать свой собственный контейнер, когда вам это нужно. Мы поговорим о контейнерах стандартной библиотеки, когда рассмотрим еще несколько базовых тем.
STL для новичков. Реализация класса-контейнера
Привет Хабр, наверное все, кто изучает С++ хотят разобраться как реализованы и как работают классы-контейнеры из стандартной библиотеки. Как по мне, чтобы лучше освоить нечто похожее на контейнеры, то надо попробовать реализовать один из контейнеров самому. В этой статье я хочу показать вам хотя бы примерно как реализуются классы-контейнеры на примере списка. Хочу сразу сказать, что это не будет копирование всего функционала, а будет показана только концепция работы контейнера, а именно реализуем класс списка и класс итератора для работы с ним.
Статья будет интересна только новичкам, которые начинают изучать стандартную библиотеку, профессионалы не найдут здесь для себя ничего новго.
Ну что ж, начнем. Что собой представляет list из стандартной библиотеки? Это последовательный контейнер, который оптимизирован для вставки и удаления элементов. Для работы с этим контейнером в STL используется двунаправленный итератор, который мы попробуем реализовать. Также мы реализуем функцию вставки на начало и в конец списка, вставку после элемента на который указывает iterator, удаление элементов и еще несколько функций.
А сейчас будет много кода с комментариями.
файл «dlist.h»
Анализ кода
Итератор реализован как открытый вложенный класс. Так как класс открытый, пользователи могут создавать объекты. Класс iterator должен знать о некоторых закрытых элементах класса Double_list, поэтому мы объявляем класс iterator дружественным к классу Double_list и так же в классе iterator объявляем другом класс Double_list.
Теперь посмотрим на внутреннее устройство класса Double_list::iterator. У него есть единственный элемент данных: Double_node* the_node. Именно это итератор и должен скрывать. Операции, объявляемые в классе iterator, позволяют пользователям манипулировать этим узлом определенным образом.
Что такое классы контейнеров C++?
Программирование и разработка
Контейнерный класс, как следует из названия, используется для хранения различных значений, объектов, переменных и т.д. В памяти или во внешнем хранилище. Класс контейнера поддерживает другие классы, присутствующие в программах, и скрывает объекты / переменные, используемые в памяти. В нем хранится множество предметов, и все они легко доступны другим участникам программы.
Все классы контейнера получают эффективный доступ к элементам контейнера через итераторы. Известно, что этот класс хранит в памяти несколько похожих и смешанных объектов. Емкость может быть однородной или неоднородной. Если контейнер содержит смешанные объекты, он является неоднородным, тогда как в случае схожих предметов он известен как класс однородных контейнеров.
Мы собираемся объяснить эту концепцию в операционной системе Linux, поэтому вам необходимо установить Ubuntu в работающей форме в вашей системе. Итак, вы должны установить Virtual Box и после загрузки и установки настроить его. Теперь добавьте к нему файл Ubuntu. Вы можете получить доступ к официальному сайту Ubuntu и загрузить файл в соответствии с требованиями вашей системы и операционной системы. Это займет часы, после установки настройте его на виртуальной машине. В процессе настройки убедитесь, что вы создали пользователя, потому что это важно для любых операций на терминале Ubuntu. Более того, Ubuntu требует аутентификации пользователя перед любой установкой.
Мы использовали версию Ubuntu 20.04; вы можете использовать последнюю версию. Для реализации вам потребуется текстовый редактор и доступ к терминалу Linux, потому что мы сможем видеть вывод исходных кодов на терминале через запрос. Пользователь должен иметь базовые знания C ++ и объектно-ориентированного программирования, чтобы использовать классы в программе.
Класс контейнера / контейнеровоз и его типы
Класс называется контейнером, когда он используется для хранения значений, которые используются другими переменными в той же программе. Библиотека классов GUI имеет группу классов-контейнеров. Контейнеры указателей предоставляют контейнеры, в которых хранятся объекты, выделенные посредством безопасного выбора кучи. Такое использование контейнерного класса призвано упростить ООП на языке C ++. Это делается, когда установлен стандартный набор класса.
Тип отношений между классами известен как контейнеровоз. Класс, содержащий такие отношения, — это контейнерный класс. Точно так же объект известен как объект-контейнер.
Стандартные классы контейнеров C ++
Стандартные классы описываются следующим образом:
- Std :: map: используется для обработки массива или разреженной матрицы.
- Std :: vector: как и массив, классы-контейнеры имеют дополнительные функции, такие как вставка и удаление элементов, автоматическое управление памятью и выдача исключений.
- Std :: string: это массив символов.
Синтаксис контейнера
// Class that is to be contained
class One <
> ;
// Container class
class Two <
// creating object of One
One O ;
> ;
Пример 1
В этом примере мы создали контейнерный класс с именем second. Во-первых, библиотека используется для того, чтобы сделать файл доступным для чтения и записи. Первый класс содержит функцию с именем display, которая используется для отображения сообщения при вызове функции. В публичной части класса есть конструктор, который вызывает функцию первого класса, а затем отображается значение. Все эти шаги можно сократить, выполнив эти функции в одном классе, но поскольку мы обсуждаем концепцию контейнера, поэтому каждая функция выполняется отдельно в отдельном классе.
Возвращаясь к программе, в основной программе мы создали объект второго класса. При создании этого объекта будет автоматически вызываться второй класс, а после вызова будет инициирован конструктор, который вызовет первый класс, и оператор будет отображаться из функции.
Чтобы увидеть результирующее значение кода, мы перейдем в терминал Ubuntu. Для компиляции кода мы используем компилятор, для C ++ мы используем компилятор G ++ для компиляции кода.
Выполнив код, вы увидите, что функция будет выполнена, и будет отображен оператор.
Пример 2
Этот пример похож на первый, с той лишь разницей, что на этот раз мы не унаследовали первый класс второму, создав объект. Но в классе отображается сообщение. Первый класс имеет общедоступную часть, которая содержит непосредственно конструктор, но не функцию отображения. Это потому, что мы не желаем устанавливать отношения первого класса со вторым. Мы не вызывали функцию. Объект второго класса создается в основной программе.
Снова перейдите в терминал и используйте ту же команду, это отобразит два сообщения, одно от первого класса, а другое от второго класса. Этот пример показывает, что контейнеры также можно использовать без взаимодействия с другими функциями.
Пример 3
Теперь в этом примере мы не просто отображаем какое-либо сообщение, число задается в конструкторе класса контейнера, а затем оно отображается в первом классе. Первый класс использует переменную для принятия переменной и отображения числа вместе с ней. Здесь используется другая функция, возвращающая число. Теперь перейдя ко второму классу, конструктор использует объект первого класса, созданный во втором классе.
Используя объект, он вызывает обе функции, которые присутствуют в первом классе, функцию отображения и функцию получения числа. Функция получения number () использует число и передает его функции.
После этого в основной функции создается только второй объект класса. При создании объекта второго класса автоматически выполняется конструктор второго класса. Выполнив результат на терминале, вы узнаете, что отображается номер, который вы ввели в контейнерный класс.
Это были примеры, которые мы использовали для объяснения концепции контейнерного класса. Существует путаница между наследованием и контейнеровозом.
В контейнеровозе функции класса находятся внутри нового класса, но не в наследовании, например, этот класс не является дочерним классом. Например, у мобильного есть андроид, а у грузовика есть двигатель. С другой стороны, в случае наследования, когда нам нужен новый тип класса, обладающий функциями базового класса, это наследование.
Заключение
Концепция контейнерного класса объясняется на примерах операционной системы Linux при настройке Ubuntu. Класс контейнера действует как тип данных массива, чтобы содержать в нем значения, которые можно использовать и получить доступ через другие объекты в тех же или разных случаях. Используя контейнерный класс, пользователь должен осознавать разницу между наследованием и контейнеризацией. В данной статье мы стремились описать основы контейнерного класса и надеемся, что этих знаний достаточно, чтобы быть на должном уровне.
