Tema4 programación generica

Programación Avanzada - Tema 4: Programación Genérica

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José Luis Llopis Borrás

22 de septiembre de 2010

Índice

1. Introducción 4

2. Funciones genéricas 5

2.1. Definición e instanciación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

2.2. Restricciones de uso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.3. Especialización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2.4. Sobrecarga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

3. Clases genéricas 16

3.1. Definición de métodos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

3.2. Organización del código fuente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.3. Parámetros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

3.4. Herencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

4. Introducción a la STL 32

4.1. Contenedores secuenciales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.1.1. Instanciación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

4.1.2. Operaciones comunes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

4.2. Algoritmos genéricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

4.2.1. Aritmética de punteros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.2.2. Iteradores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

4.2.3. Algoritmos genéricos en la biblioteca STL . . . . . . . . . . . . . 47

4.2.4. Ejemplos de utilización de algoritmos genéricos . . . . . . . . . . 48

1 Introducción

Programación Avanzada - Tema 4: Programación Genérica – 4

ä Ciertos algoritmos son independientes del tipo de datos sobre los que operan.

í Ejemplo: el cálculo del menor de dos valores enteros es idéntico al cálculo del

menor (alfabéticamente) de dos strings:

int min(int a, int b) { return a<b ? a : b; }

string min(string a, string b) { return a<b ? a : b; }

í Implementaremos estos algoritmos con funciones genéricas.

ä Ciertos tipos de datos pueden definirse de forma independiente (de al menos

alguno) de los tipos de datos que manipulan.

í Ejemplo: la implementación de una lista de enteros sólo difiere de la de una

lista de strings en el tipo de información que almacena.

í Implementaremos estos tipos de datos con clases genéricas.

ä La genericidad es un potente mecanismo que permite la reutilización de código.

2 Funciones genéricas

ä Supongamos que debemos implementar una función que imprima en la salida

estándar los valores de un array de enteros:

void imp r im i r ( i n t v [ ] , i n t t a l l a ) {

cout < < "[ " ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

cout < < v [ i ] < < " " ;

cout < < "]" < < endl ;

i n t main ( ) {

i n t v1 [ 5 ] = { 5 , 2 , 3 , 4 , 1 } ;

imp r im i r ( v1 , 5 )

[ 5 2 3 4 1 ]

2 Funciones genéricas (II)

ä ...y más tarde necesitamos implementar otra función que imprima los valores de un

array de números reales:

void imp r im i r ( f l o a t v [ ] , i n t t a l l a ) {

cout < < "[ " ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

cout < < v [ i ] < < " " ;

cout < < "]" < < endl ;

i n t main ( ) {

f l o a t v2 [ 3 ] = { 3 . 3 , 1 , 0 . 9 9 } ;

imp r im i r ( v2 , 3 )

[ 3 . 3 1 0 . 9 9 ]

ä Las dos versiones sólo se diferencian en el tipo base del array.

2.1 Definición e instanciación

ä Implementamos una función genérica como única versión:

template < class T> void imp r im i r (T v [ ] , i n t t a l l a ) {

cout < < "[ " ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

cout < < v [ i ] < < " " ;

cout < < "]" < < endl ;

i n t main ( ) {

i n t v1 [ 5 ] = { 5 , 2 , 3 , 4 , 1 } ;

f l o a t v2 [ 3 ] = { 3 . 3 , 1 , 0 . 9 9 } ;

imp r im i r ( v1 , 5 ) ;

imp r im i r ( v2 , 3 ) ;

[ 5 2 3 4 1 ]

[ 3 . 3 1 0 . 9 9 ]

2.1 Definición e instanciación (II)

ä El compilador utiliza el código de la función genérica como plantilla para crear

automáticamente dos funciones sustituyendo T por un tipo concreto:

í Con T=int se crea la función void imprimir(int v[], int talla) para satisfacer la

llamada a imprimir(v1, 5).

í Con T=float se crea la función void imprimir(float v[], int talla) para satisfacer

la llamada a imprimir(v2, 3).

ä Esta operación recibe el nombre de instanciación.

2.1 Definición e instanciación (III)

ä Vamos a añadir una función genérica

que permita la ordenación de arrays:

template < class T>

void i n te rcamb ia r (T & ip1 , T & ip2 ) {

T aux ;

aux = ip1 ;

ip1 = ip2 ;

ip2 = aux ;

/ / ordenación ascendente método burbuja

template < class T>

void ordenar (T v [ ] , i n t t a l l a ) {

for ( i n t i = t a l l a −1; i > = 1 ; i−−)

for ( i n t j = 0 ; j < i ; j ++)

i f ( v [ j ] > v [ j +1 ] )

i n te rcamb ia r ( v [ j ] , v [ j +1 ] ) ;

i n t main ( ) {

i n t v1 [ 5 ] = { 5 , 2 , 3 , 4 , 1 } ;

ordenar ( v1 , 5 ) ; / / T= i n t

imp r im i r ( v1 , 5 ) ; / / T= i n t

f l o a t v2 [ 3 ] = { 3 . 3 , 1 . 0 , 0 . 9 9 } ;

ordenar ( v2 , 3 ) ; / / T= f l o a t

imp r im i r ( v2 , 3 ) ; / / T= f l o a t

char v3 [ 5 ] = { ’e’ , ’o’ , ’a’ , ’u’ , ’i’ } ;

ordenar ( v3 , 5 ) ; / / T=char

imp r im i r ( v3 , 5 ) ; / / T=char

[ 1 2 3 4 5 ]

[ 0 . 9 9 1 3 . 3 ]

[ a e i o u ]

2.1 Definición e instanciación (IV)

ä En la implementación de la función genérica imprimir() la única operación que

realizamos sobre valores de tipo T es la de salida de datos: cout << v[i]

í El compilador necesita de esa operación para crear instancias de la función.

í Esto impone una restricción sobre las posibles instancias: sólo se admitirán

aquellos tipos T para los que la operación de salida << esté definida.

ä ¿Qué restricciones impone las funciones genéricas ordenar() e intercambiar()?

í En la función ordenar() se necesita el operador > entre valores de tipo T.

í En la función intercambiar() se necesita que el operador = (asignación) esté

correctamente definido entre valores de tipo T.

í En la función intercambiar() se necesita que un constructor sin argumentos

que permita crear objetos de tipo T (constructor por omisión).

2.2 Restricciones de uso

ä Teniendo en cuenta las restricciones mencionadas antes, ¿podemos instanciar

imprimir() y ordenar() para arrays de objetos de la clase Cadena (tal y como la

definimos en el Tema 2)?

Cadena v4 [ 3 ] = { "tigre" , "gato" , "leon" } ;

ordenar ( v4 , 3 ) ;

im p r im i r ( v4 , 3 ) ;

ä Para la función imprimir() no hay problema puesto que existe la función:

ostream & operator < < ( ostream & canal , const Cadena & c ) ;

ä Para la función intercambiar() tampoco, puesto que la asignación entre cadenas

está definida:

Cadena & Cadena : : operator = ( const Cadena & c ) ;

2.2 Restricciones de uso (II)

ä Sin embargo, la función ordenar() necesita una función no definida en la clase

Cadena:

bool Cadena : : operator > ( const Cadena & c ) const ;

ä El compilador nos informa del error:

t e s t . cpp : In f u n c t i o n ‘ void ordenar (T∗ , i n t ) [ w i th T = Cadena ] ’:

test.cpp:247: instantiated from here

test.cpp:218: no match for ‘Cadena& > Cadena&’ operator

2.3 Especialización

ä Para solucionar el problema, definimos una nueva versión no genérica de

ordenar() para arrays de objetos de tipo Cadena. Este proceso recibe el nombre

de especialización.

/ / e s pe c i a l i zac i ón para ar rays de cadenas

void ordenar ( Cadena v [ ] , i n t t a l l a ) {

for ( i n t i = t a l l a −1; i > = 1 ; i−−)

for ( i n t j = 0 ; j < i ; j ++)

i f ( strcmp ( v [ j ] . s t r , v [ j + 1 ] . s t r ) >0)

in te rcamb ia r ( v [ j ] , v [ j +1 ] ) ;

i n t main ( ) {

Cadena v4 [ 3 ] = { "tigre" , "gato" , "leon" } ;

ordenar ( v4 , 3 ) ;

imp r im i r ( v4 , 3 ) ;

[ gato leon t i g r e ]

2.3 Especialización (II)

ä Observa que en la función ordenar() accedemos a la parte privada de la clase

Cadena en las expresiones v[j].str y v[j+1].str. Por tanto deberemos declarar la

función ordenar() como friend de Cadena.

ä En este ejemplo concreto, podemos optar por una segunda solución que no

necesita especializar la función genérica ordenar(): podemos simplemente dotar a

la clase Cadena del operador >.

class Cadena {

public :

bool operator >( const Cadena & s ) const ;

bool Cadena : : operator >( const Cadena & s ) const {

return ( strcmp ( s t r , s . s t r ) >0) ? true : fa lse ;

2.4 Sobrecarga

ä Las funciones genéricas pueden ser

sobrecargadas de la misma forma

que las funciones ordinarias.

í Podemos especificar más de un

tipo genérico (segundo ejemplo

de la derecha).

í Al menos alguno de los

parámetros de la función debe ser

genérico, si no, el compilador no

puede saber cómo instanciar el

tipo T (tercer ejemplo de la

derecha).

template < class T>

T min (T a , T b ) {

return ( a<b ? a : b ) ;

template < class T1 , class T2>

T1 min ( T1 a , T2 b ) {

/ / . . .

template < class T> / / i n c o r r e c t o

T min ( i n t a , i n t b ) {

return ( a<b ? a : b ) ;

3 Clases genéricas

Una clase genérica es una plantilla de definición de una clase que puede ser

instanciada en múltiples versiones concretas.

ä Declaramos la clase genérica Vector que almacena valores de tipo T:

template < class T>

class Vector {

T ∗ v ;

i n t t a l l a ;

public :

Vector ( i n t ) ;

Vector ( const Vector <T> &) ;

~Vector ( ) ;

Vector <T> & operator =( const Vector <T> &) ;

T & operator [ ] ( i n t ) ;

void imp r im i r ( ) const ;

i n t Ta l l a ( ) const { return t a l l a ; }

3 Clases genéricas (II)

ä Podemos instanciar la clase Vector para T=int o T=Cadena:

i n t main ( ) {

Vector < int > v I n t ( 3 ) ; / / I n s t a n c i a c i ó n : T= i n t

for ( i n t i = 0 ; i < v I n t . Ta l l a ( ) ; i ++)

c in > > v I n t [ i ] ;

v I n t . im p r im i r ( ) ;

Vector <Cadena> vCad ( 3 ) ; / / I n s t a n c i a c i ó n : T=Cadena

for ( i n t i = 0 ; i <vCad . Ta l l a ( ) ; i ++)

c in > > vCad [ i ] ;

vCad . i mp r i m i r ( ) ;

[ 3 4 5 ]

hola que t a l

[ hola que t a l ]

3.1 Definición de métodos

ä Las funciones miembro de una clase genérica son, a su vez, funciones

genéricas.

ä Atención: la clase Vector no existe como tal, sólo es una plantilla. Hay que

escribir, por tanto, Vector<T>.

template < class T> / / cons t r uc to r

Vector <T > : : Vector ( i n t t ) {

t a l l a = t ;

v=new T [ t a l l a ] ;

template < class T> / / cons t r uc to r copia

Vector <T > : : Vector ( const Vector <T> & unVector ) {

t a l l a = unVector . t a l l a ;

v = new T [ t a l l a ] ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

v [ i ] = unVector . v [ i ] ;

3.1 Definición de métodos (II)

template < class T> / / d e s t r u c t o r

Vector <T> : :~ Vector ( ) {

delete [ ] v ;

template < class T> / / operador as ignac ión

Vector <T> & Vector <T > : : operator =( const Vector <T> & unVector ) {

i f ( th is ! = & unVector ) {

i f ( t a l l a ! = unVector . t a l l a ) {

delete [ ] v ;

t a l l a = unVector . t a l l a ;

v = new T [ t a l l a ] ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

v [ i ] = unVector . v [ i ] ;

return ∗ th is ;

3.1 Definición de métodos (III)

template < class T> / / operador subínd ice

T & Vector <T > : : operator [ ] ( i n t i ) {

return v [ i ] ;

template < class T> / / func ión imp r im i r ( )

void Vector <T > : : im p r im i r ( ) const {

cout < < "[ " ;

for ( i n t i = 0 ; i < t a l l a ; i ++)

cout < < v [ i ] < < " " ;

cout < < "]" < < endl ;

3.2 Organización del código fuente

El modelo tradicional de organización de

código fuente —modelo de compilación

separada—, no funciona con módulos

que contienen clases genéricas.

ä Recuerda que este modelo

consistente en separar la declaración

y la implementación de un módulo

(clase) en dos ficheros separados,

con extensiones .h y .cpp

respectivamente.

ä Veamos el ejemplo de la clase

MiClaseGenerica a continuación.

Listado 1: MiClaseGenerica.h

template <class T>

class MiClaseGenerica {

private :

T dato ;

public :

MiClaseGenerica (T ) ;

3.2 Organización del código fuente (II)

Listado 2: MiClaseGenerica.cpp

#include "MiClaseGenerica.h"

#include < iostream >

using namespace std ;

template < class T>

MiClaseGenerica <T > : : MiClaseGenerica (T x )

: dato ( x )

template < class T>

void MiClaseGenerica <T > : : imp r im i r ( ) const {

cout < < dato < < endl ;

Listado 3: TestMiClaseGenerica.cpp

#include "MiClaseGenerica.h"

i n t main ( ) {

MiClaseGenerica < int > a(123) ;

MiClaseGenerica < f loa t > b (3 .1416) ;

MiClaseGenerica <char > c (’#’ ) ;

a . imp r im i r ( ) ;

b . imp r im i r ( ) ;

c . imp r im i r ( ) ;

3.2 Organización del código fuente (III)

ä Efectivamente, ¡la compilación falla!

Listado 4: Resultado de la compilación

$ g++ −c MiClaseGenerica . cpp

$ g++ −c TestMiClaseGenerica . cpp

$ g++ −o Test MiClaseGenerica . o TestMiClaseGenerica . o

/ usr / b in / l d : Undefined symbols :

MiClaseGenerica <char > : : MiClaseGenerica ( char )

MiClaseGenerica < f loa t > : : MiClaseGenerica ( f l o a t )

MiClaseGenerica < int > : : MiClaseGenerica ( i n t )

MiClaseGenerica <char > : : imp r im i r ( ) constMiClaseGenerica < f loa t > : : imp r im i r ( ) constMiClaseGenerica < int > : : imp r im i r ( ) constc o l l e c t 2 : l d re turned 1 e x i t s ta tus

3.2 Organización del código fuente (IV)

ä ¿Por qué falla el modelo de compilación separada?

í Un clase genérica (template) no es una clase, sino un patrón que el compilador

usa para generar una o más clases.

í Para que el compilador pueda generar código, debe ver a la vez la

implementación de la clase (no sólo la declaración) y los tipos específicos

usados para instanciar el patrón.

ß Si deseamos usar MiClaseGenerica<int>, el compilador necesita ver a la

vez la implementación de la clase MiClaseGenerica<T> y el lugar donde

instanciamos T como int.

ß La implementación de MiClaseGenerica<T> está en un fichero y el lugar

donde instanciamos T en otro fichero. Ambos ficheros se compilan

separadamente y, por tanto, el compilador no sabe que tipo concreto es T

cuando compila la clase genérica, así que no genera ningún código.

3.2 Organización del código fuente (V)

ä Existen 3 soluciones al problema:

1. Mover físicamente la implementación de la clase al fichero .h, con lo que

declaración e implementación estarán en el mismo lugar.

2. (Recomendada) Dejar por separado declaración e implementación, pero incluir

la implementación (fichero .cpp) donde se realiza la instanciación:

TestMiClaseGenerica.cpp#include "MiClaseGenerica.cpp"

3. Utilizar la palabra reservada export. Hacer un compilador que la soporte es

muy complicado. Sólo uno lo ha hecho: Comeau C++, pero no GCC.

MiClaseGenerica.hexport template <class T> class MiClaseGenerica {

3.3 Parámetros

ä Las clases genéricas pueden tomar dos tipos de parámetros:

í Tipos genéricos, como los identificadores T, T1, T2, TipoBase, etc.

í Tipos ordinarios, como los tipos int o char.

ä En el siguient ejemplo definimos la clase VectorEstatico para almacener vectores

cuya talla es conocida en tiempo de compilación.

Clase VectorEstatico: declaración

template < i n t tam , class T> / / Parámetros : t i p o o r d i n a r i o i n t y t i p o genér ico T

class Vec to rEs ta t i co {

T v [ tam ] ;

public :

3.3 Parámetros (II)

ä ...y aquí está la implementación:

Clase VectorEstatico: implementación

template < i n t tam , class T>

void VectorEs ta t i co <tam , T > : : imp r im i r ( ) const {

cout < < "[ " ;

for ( i n t i = 0 ; i <tam ; i ++)

cout < < v [ i ] < < " " ;

cout < < "]" < < endl ;

template < i n t tam , class T>

T & VectorEs ta t i co <tam , T > : : operator [ ] ( i n t i ) {

return v [ i ] ;

3.3 Parámetros (III)

ä La instanciación de clases con parámetros constantes se realiza así:

i n t main ( ) {

Vec to rEs ta t i co <3 , int > v3 In t ;

for ( i n t i = 0 ; i < 3 ; i ++)

c in > > v3 In t [ i ] ;

v 3 I n t . im p r im i r ( ) ;

Vec to rEs ta t i co <5 , int > v5 In t ;

for ( i n t i = 0 ; i < 5 ; i ++)

c in > > v5 In t [ i ] ;

v 5 I n t . im p r im i r ( ) ;

ä Atención: los tipos de las variables v3Int y v5Int son diferentes e incompatibles:

í v3Int es del tipo VectorEstatico de 3 componentes enteras.

í v5Int es del tipo VectorEstatico de 5 componentes enteras.

3.4 Herencia

Podemos derivar clases genéricas de otras clases genéricas.

ä Ejemplo: definimos la clase VectorSeguro como especialización de Vector. Ahora

el operator[] comprobará si el índice está fuera de rango.

Clase VectorSeguro: declaración

template < class T>

class VectorSeguro : public Vector <T > {

public :

VectorSeguro ( i n t i ) : Vector <T>( i ) { }

ä Observa que usamos la lista de inicialización para pasar un argumento al

constructor de la clase base.

3.4 Herencia (II)

ä Observa que en la sentencia return llamamos a la función operator[ ] de la clase

Clase VectorSeguro: implementación

template < class T>

T & VectorSeguro <T > : : operator [ ] ( i n t i ) {

i f ( i < 0 | | i > this−>Ta l l a ( ) ) {

ce r r < < "Error: Indice fuera de rango" < < endl ;

e x i t ( 1 ) ;

return Vector <T > : : operator [ ] ( i ) ;

3.4 Herencia (III)

ä Probamos la clase VectorSeguro:

i n t main ( ) {

VectorSeguro < int > v ( 3 ) ;

for ( i n t i = 0 ; i <v . Ta l l a ( ) ; i ++)

c in > > v [ i ] ;

v . i mp r im i r ( ) ;

v [10 ]=33 ;

[ 7 8 9 ]

Er ro r : I nd i ce fuera de rango

4 Introducción a la STL

La biblioteca estándar de plantillas (STL) contiene componentes genéricos de

(básicamente) dos tipos:

ä Contenedores

í Son clases genéricas que sirven para almacenar (contener) colecciones de

elementos de algún tipo. Ejemplos: vector, list, set, map, etc.

ä Algoritmos genéricos

í Son operaciones aplicables a los contenedores y los arrays.

í Son independientes del tipo de datos concreto sobre el que operan (int, char,

string, . . . ). Por ello están implementadas usando funciones genéricas.

í Son independientes del tipo de contenedor en que los elementos están

almacenados (array, list, vector, set, . . . ). Esta independencia se consigue

gracias a que no operan directamente sobre ellos, sino a través de iteradores.

4.1 Contenedores secuenciales

Un contenedor secuencial contiene una colección ordenada de elementos de un

mismo tipo. Veamos dos de los más importantes:

ä vector

í Mantiene sus elementos en un área contigua de memoria.

í El acceso aleatorio es eficiente: es igual de rápido acceder al elemento 5o que

al 17o o al 9o.

í El operador de subíndice [ ] permite acceder a sus componentes.

í Sin embargo, la inserción de un elemento en cualquier posición que no sea la

última es ineficiente ya que implica el desplazamiento de los elementos a la

derecha del insertado.

í Por el mismo motivo, el borrado de un elemento distinto del último es también

ineficiente.

4.1 Contenedores secuenciales (II)

ä list

í Mantiene sus elementos en áreas de memoria no contigua (concretamente,

nodos doblemente enlazados).

í La inserción y borrado de elementos en cualquier posición es eficiente.

í Sin embargo, el acceso aleatorio es menos eficiente: para acceder al elemento

5o, 17o y 9o hay que visitar todos los intermedios.

4.1.1 Instanciación

ä Para usar un contenedor secuencial, debemos incluir el fichero de cabecera

asociado:

#include <vector>

#include <list>

ä Disponemos de cinco modos de instanciar un objeto contenedor secuencial:

1. Crear un contenedor vacío:

vector<int> v1;

list<Complejo> lista1;

2. Crear un contenedor de algún tamaño no necesariamente constante. Cada

elemento se inicializa con el valor por defecto (los int o double con cero):

vector<int> v2 (100);

list<Cadena> lista2 (talla);

4.1.1 Instanciación

3. Crear un contenedor de un tamaño y valor inicial dado:

vector<string> v3 (16, "una cadena" );

list<float> lista3 (100, 3.1416 );

4. Crear un contenedor como copia de otro:

vector<string> v4 (v3);

list<float> lista4 (lista3);

5. Crear un contenedor usando un par de iteradores. (Más adelante volveremos a

tratar este asunto).

4.1.2 Operaciones comunes

ä Algunas operaciones comunes:

í ¿Qué talla tiene el contenedor? ¿Está vacío?: size() y empty()

í La asignación, el test de igualdad y desigualdad: =, == y !=

í Acceso al primer y último elemento: front() y back()

í Inserción y borrado del último: push_back() y pop_back()

ä El contenedor list, pero no el vector, permite además:

í Inserción y borrado del primero: push_front() y pop_front()

4.1.2 Operaciones comunes (II)

Ejemplo de uso

#include < l i s t >

using namespace std ;

i n t main ( ) {

l i s t < int > miL is ta ; i n t va lo r ;

while ( c in > > v a lo r )

m iL i s ta . push_back ( va l o r ) ;

cout < < "miLista = { " ;

while ( ! m iL i s ta . empty ( ) ) {

cout < < miL is ta . f r o n t ( ) < < ’ ’ ;

m iL i s ta . pop_f ront ( ) ;

cout < < ’}’ < < endl ;

Salida

miL is ta = { 1 2 4 5 3 3 1 1 1 3 5 }

4.2 Algoritmos genéricos

Supongamos que necesitamos escribir una función que realice la búsqueda secuencial

de la primera aparición de un valor determinado en un contenedor vector y devuelva

un puntero a él o cero (NULL) si no se encuentra:

template < class T> const T ∗ f i n d ( const vector <T> & v , const T & va lo r ) {

for ( i n t i = 0 ; i <v . s ize ( ) ; i ++)

i f ( v [ i ]== v a lo r )

return &v [ i ] ;

return NULL;

ä ¿Es posible modificar la función para que también funcione con arrays? ¿Y con

otros contenedores secuenciales?

ä Si conseguimos estos dos objetivos habremos implementado un algoritmo

genérico de búsqueda secuencial aplicable a cualquier contenedor secuencial

incluyendo los arrays. El problema radica en encontrar un tratamiento común

para arrays y contenedores.

4.2.1 Aritmética de punteros

ä Planteamos una versión de find() para arrays:

template < class T>

T ∗ f i n d (T ∗v , i n t tam , const T & va lo r ) {

i f ( ! v | | tam<1) return 0 ;

for ( i n t i = 0 ; i <tam ; ++ i , ++ v )

i f ( ∗ v == v a lo r ) return v ;

return 0 ; / / NULL

ä Esta versión realiza bien su cometido pero hemos

tenido que introducir un nuevo argumento, tam (la talla

del array ), puesto que esa información es necesaria.

ä Debemos evitar dicho parámetro ya que los

contenedores como vector o list ya contienen

internamente su talla.

0 1 2 tam-1

4.2.1 Aritmética de punteros (II)

ä Planteamos una segunda versión de find() para arrays

en la que sustituimos el tamaño del array por un

puntero que sirve como centinela que marca el final:

template < class T>

T ∗ f i n d (T ∗ f i r s t , T ∗ l a s t , const T & va lo r ) {

i f ( ! f i r s t | | ! l a s t ) return 0 ;

while ( f i r s t ! = l a s t )

i f ( ∗ f i r s t == v a lo r ) return f i r s t ;

else ++ f i r s t ;

return 0 ; / / NULL

i n t main ( ) {

i n t ar ray [ 5 ] = { 1 , 3 , 5 , 7 , 1 1 } ;

i f ( f i n d ( array , ar ray +5 , 7 ) )

\ \ . . .

1 3 5 7 11

array+5

first last

last y array+5 apuntan al elemento siguiente del

último, aunque no exista

4.2.2 Iteradores

ä Gracias a la aritmética de punteros hemos encontrado una buena estrategia para

pasar los argumentos a find(): utilizamos la dirección del primer elemento del array

y la del elemento siguiente al último.

ä Para aplicar la misma estrategia a contenedores secuenciales, deberemos usar

una abstracción del concepto de puntero: el iterador:

í Cada contenedor define el tipo: contenedor<tipobase>::iterator

í Cada contenedor define las funciones begin() y end() que devuelven iteradores

que “apuntan” al primero y al siguiente del último elementos respectivamente.

4.2.2 Iteradores (II)

i n t main ( ) {

vector < int > v i ;

/ / . . . re l lenamos v i

i f ( f i n d ( v i . begin ( ) , v i . end ( ) , 7 ) )

/ / . . .

l i s t < int > l i ;

/ / . . . re l lenamos l i

i f ( f i n d ( l i . begin ( ) , l i . end ( ) , 7 ) )

/ / . . .

ä Aquí usamos una nueva versión de

find() que utiliza iteradores en lugar

de punteros. Implementaremos esta

versión más adelante.

vi.begin()vector<int>::iterator

vivector<int>

vi.end()vector<int>::iterator

lilist<int>

li.begin()list<int>::iterator

li.end()list<int>::iterator

4.2.2 Iteradores (III)

ä Los iteradores son objetos que

soportan el mismo conjunto de

operaciones que los punteros: ++,

*, == y != pero tienen una

implementación diferente para cada

contenedor.

ä En el ejemplo de la derecha,

recorremos una lista usando un

iterador.

ä Observa que creamos el contendor li

usando un par de iteradores (en este

caso, punteros) sobre un array.

#include < l i s t >

usign namespace s td ;

i n t main ( ) {

i n t primos [ 5 ] = { 1 , 3 , 5 , 7 , 1 1 } ;

l i s t < int > l i ( primos , primos +5) ;

l i s t < int > : : i t e r a t o r i t e r = l i . begin ( ) ;

cout < < "{ " ;

while ( i t e r != l i . end ( ) ) {

cout < < ∗ i t e r < < " " ;

++ i t e r ;

cout < < "}" < < endl ;

{ 1 3 5 7 1 1 }

4.2.2 Iteradores (IV)

ä Volviendo a nuestra función find(), aquí tenemos la versión definitiva, válida para

todo tipo de contenedor secuencial y cualquier array : hemos conseguido un

algoritmo genérico usando iteradores como abstracción del concepto de puntero:

template < class I t e rado r , class T>

I t e r a d o r f i n d ( I t e r a d o r f i r s t , I t e r a d o r l a s t , const T & va lo r ) {

while ( f i r s t ! = l a s t ) {

i f ( ∗ f i r s t == v a lo r )

return f i r s t ;

f i r s t ++;

return l a s t ;

ä Atención: Esta función find() es uno de los algoritmos genéricos de la biblioteca

estándar.

4.2.2 Iteradores (V)

i n t main ( ) {

i n t primos [ 5 ] = { 1 , 3 , 5 , 7 , 1 1 } ;

i n t ∗ p t r ;

p t r = f i n d ( primos , primos +5 , 7 ) ;

i f ( p t r ! = primos +5)

cout < < "Encontrado 7" < < endl ;

elsecout < < "No encontrado 7" < < endl ;

l i s t < s t r i n g > l s ;

l s . push_f ront ("hola" ) ;

l s . push_f ront ("hello" ) ;

l i s t < s t r i n g > : : i t e r a t o r i t ;

i t = f i n d ( l s . begin ( ) , l s . end ( ) ,"bonjour" ) ;

i f ( i t ! = l s . end ( ) )

cout <<"Encontrado bonjour"<<endl ;

elsecout <<"No encontrado bonjour"<<endl ;

$ g++ −o prueba prueba . cpp

$ prueba

Encontrado 7

No encontrado bonjour

4.2.3 Algoritmos genéricos en la biblioteca STL

En la STL hay definidos más de 60 algoritmos genéricos:

ä Algoritmos de búsqueda: find(), binary_search(), count(), search(), find_if(),

count_if(), . . .

ä Algoritmos de ordenación: sort(), partial_sort(), merge(), reverse(), rotate(), . . .

ä Algoritmos de copiado, borrado y sustitución: copy(), remove(), remove_if(),

replace(), swap(), . . .

ä Algoritmos relacionales: equal(), includes(), mismatch(), . . .

ä Algoritmos de generación y transformación: fill(), for_each(), generate(),

transform(), . . .

ä Algoritmos numéricos: accumulate(), partial_sum(), inner_product(), . . .

ä Algoritmos sobre conjuntos: set_union(), set_difference(), . . .

4.2.4 Ejemplos de utilización de algoritmos genéricos

ä Para utilizar los algoritmos genéricos hay que incluir el fichero de cabecera

correspondiente: #include <algorithm>

ä Supongamos, por ejemplo, que necesitamos implementar la función is_elem() de

modo que devuelva true si un número dado es un elemento de un vector ordenado

de enteros. Podemos usar cuatro posibles algoritmos genéricos:

1. find() busca un valor en una colección no ordenada marcada con dos

iteradores first y last. Si se encuentra el valor, devuelve un iterador al valor. En

caso contrario, devuelve last.

2. binary_search() busca en una colección ordenada. Devuelve true o false si

encuentra el valor o no. Es más eficiente que find().

3. count() devuelve el número de repeticiones de un valor.

4. search() busca una subsecuencia en una secuencia. Devuelve un iterador al

principio de la subsecuencia.

4.2.4 Ejemplos de utilización de algoritmos genéricos (II)

ä Una posible implementación de la función is_elem() puede usar binary_search(),

ya que tenemos la garantía de que la secuencia de números está ordenada.

#include < algor i thm >#include < vector >#include < iostream >

using namespace s td ;

bool is_elem ( const vector < int > &v , i n t va lo r ) {return binary_search ( v . begin ( ) , v . end ( ) , va l o r ) ;

i n t main ( ) {i n t ar ray [8 ]= {1 ,2 ,3 ,5 ,7 ,11 ,13 ,17 } ;

vector < int > primos ( array , ar ray +8) ;

i f ( is_elem ( primos , 1 1 ) )cout < < "11 esta en primos" ;

elsecout < < "11 no esta en primos" ;

4.2.4 Ejemplos de utilización de algoritmos genéricos (III)

ä La función is_elem(), como hemos visto, supone que el vector de enteros que

recibe está ordenado. Pero, ¿y si no está garantizado?

ä Podemos escribir una nueva versión que hace una copia del contenedor, la ordena

y sobre la versión ordenada realiza la búsqueda:

#include < algor i thm >

#include < vector >

using namespace s td ;

bool is_elem ( const vector < int > &v , i n t va lo r ) {

vector < int > copia ( v . s i ze ( ) ) ;

copy ( v . begin ( ) , v . end ( ) , copia . begin ( ) ) ;

s o r t ( copia . begin ( ) , copia . end ( ) ) ;

return binary_search ( copia . begin ( ) , copia . end ( ) , va l o r ) ;

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