l09

7. Въведение в структури от данни

План:
Свързани списъци
Свързан списък, стек и опашка в Стандартната библиотека шаблони (STL)
Други стандартни контейнери в STL
Алгоритми в STL

Свързани списъци.
* Свързан списък е линейна структура от данни (редица), където всяка стойност се съхранява в отделен блок от паметта, заедно с местоположението на съседните блокове в редицата.
* Този начин на съхранение на елементите на редицата позволява лесно да се вмъкне или отстрани елемент, без да се местят другите елементи - сложност O(1).
* Векторът (или масивът) е също линейна структура, но при вмъкване и изтриване на елемент се местят друти елементи - сложност O(n).
* Във всеки елемент на свързания списък се съхранява една данна (стойност) и две връзки (адреси) - съм следващия елемент и към предишния елементи от списъка.

* Вмъкването и изтриването на елемент от свързан списък става лесно - променят се стойностите само на няколко връзки (адреси).

* Изтриването на елемент от свързан списък не изисква преместване на елементи на списъка.

* За разлика от линейната структура вектор, където има пряк достъп до елементите му (с операция индекс), свързаният списък не осигурява пряк достъп (не поддържа операция индекс).

** В стандартната библиотека шаблони (STL) на С++ има реализация на линейната структура свързан списък - шаблонът list.
* Достъп до елементите на свързания списък се осъществява посредством итератор.

// list1.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <list>
using namespace std;

int main()
{ list<string> staff; /* шаблон за списък */

   staff.push_back("Cracker, Carl");
   staff.push_back("Hacker, Harry");
   staff.push_back("Lam, Larry");
   staff.push_back("Sandman, Susan");

list<string>::iterator pos; /* итератор на списък */

/* добавя елемент на четвърто място */
   pos = staff.begin();
   pos++;
   pos++;
   pos++;
   staff.insert(pos, "Reindeer, Rudolf");

/* отстранява втория елемент */
   pos = staff.begin();
   pos++;
   staff.erase(pos);

/* добавя елемент на последно място */
pos = staff.end();
staff.insert(pos, "Zeider, Zeev");

/* обхождане на списък */
   for (pos = staff.begin(); pos != staff.end(); pos++)
      cout << *pos << "\n";      /* извежда съдържание на текущата позиция */
   return 0;
}

Cracker, Carl
Lam, Larry
Reindeer, Rudolf
Sandman, Susan
Zeider, Zeev

Стек и опашка
* Стек е линейна структура от данни с добавяне и изтриване на елементи само от единия край, наречен връх на стека.
* Нарича се още LIFO от last in, first out.
* Две са основните операции за стека: добавяне на елемент към стека - push и изваждане на елемент от стека - pop.
* Реализация в STL.

stack<string> s;
s.push("Tom");
s.push("Dick");
s.push("Harry");
while (s.size() > 0)
{  cout << s.top() << "\n";
   s.pop()
}

* Опашка е линейна структура от данни с добавяне на елементи от единия край и изтриване на елементи от другия край.
* Нарича се още FIFO от first in, first out.
* Две са основните операцииза опашка: добавяне на елемент към опашката - push и изваждане на елемент от опашката - pop.
Реализация в STL:

queue<string> q;
q.push("Tom");
q.push("Dick");
q.push("Harry");
while (q.size() > 0)
{  cout << q.front() << "\n";
   q.pop();
}

Пример:

// fifolifo.cpp
01: #include <iostream>
02: #include <string>
03: #include <queue>
04: #include <stack>
06: using namespace std;
07: 
08: int main()
09: {  cout << "FIFO order:\n";
11: 
12:    queue<string> q;
13:    q.push("Tom");
14:    q.push("Dick");
15:    q.push("Harry");
16: 
17:    stack<string> s;
18:    while (q.size() > 0)
19:    {  string name = q.front();
21:       q.pop();
22:       cout << name << "\n";
23:       s.push(name);
24:    }
26:    cout << "LIFO order:\n";
28:    while (s.size() > 0)
29:    {  cout << s.top() << "\n";
31:       s.pop();
32:    }
34:    return 0;
35: }

Други стандартни контейнери

* Множество (set) е контейнер (линейна структура от данни), който поддържа линейна наредба на елементите (независимо в какъв ред са въведени), като не допуска дублиращи се стойности.
* Достъп до елементите на множеството се осъществява посредством итератор.

// set.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <set>
using namespace std;

int main()
{ set<string> s;
  s.insert("Tom");
  s.insert("Dick");
  s.insert("Tom"); // !!!
  s.insert("Harry");

  cout << "set: " << endl;
  set<string>::iterator p;
  for (p = s.begin(); p!= s.end(); p++)
     cout << *p << "\n";
      
  multiset<string> ms;
  ms.insert("Tom");
  ms.insert("Dick");
  ms.insert("Tom"); // !!!
  ms.insert("Harry");

  cout << "multiset: " << endl;
  multiset<string>::iterator mp;
  for (mp = ms.begin(); mp!= ms.end(); mp++)
     cout << *mp << "\n";
  cout << ms.size() << endl;  
  cout << ms.count("Tom"); 
        
  return 0;   
}

* Мултимножество (multiset) е подобно на множество, но допуска повече от един елемент с една и съща стойност.

* Контейнер map съхранява двойки елементи (ключ, стойност) и поддържа операция индекс (хеш, хеширане).

map<string, double> scores;
scores["Tom"] = 90;
scores["Dick"] = 86;
scores["Harry"] = 100;

* Осигурява пряк и ефективен (пряк) достъп до елементите посредством операция индекс.

// map.cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;

int main()
{ map<string, int> scores;
  scores["Tom"] = 90;
  scores["Dick"] = 86;
  scores["Harry"] = 100;
  
  map<string, int>::iterator p;
  for (p = scores.begin(); p!= scores.end(); p++)
     cout << p->first << " " << p->second << "\n";
  cout << scores.size() << endl;   
  
  multimap<string, int> mmap;
  mmap.insert(pair<string, int>("Tom", 90));
  mmap.insert(pair<string, int>("Dick", 86));
  mmap.insert(pair<string, int>("Harry", 100));
  mmap.insert(pair<string, int>("Tom", 190));
  
  multimap<string, int>::iterator q;
  for (q = mmap.begin(); q!= mmap.end(); q++)
     cout << q->first << " " << q->second << "\n";
  cout << mmap.size() << endl;   

  return 0;
}

* Multimap е контейнер от двойки елементи - (ключ, стойност), като се допускат елементи с еднакви ключове.

multimap<string, double> 
mmap;
mmap.insert(pair("Tom", 90));
mmap.insert(pair("Dick", 86));

mmap.insert(pair("Harry", 100));
mmap.insert(pair("Tom", 190));

Алгоритми в STL
* Причината за въвеждане и използване на итератори е отделянето на алгоритмите от структурите от данни (контейнерите).
* Алгоритмите в STL са реализирани от функции, които работят само с итератори и по такъв начин са независими от контейнерите, където се съхраняват данните.
* Пример: Функция, която намира сумата на елементите на контейнер - вектор или списък.

vector<double> data;
/* do something with data */

double vsum = 0;
accumulate(data.begin(), data.end(), vsum);
/* now vsum contains the sum of the elements in the vector */

list<double> salaries;
/* do something with salaries */

double lsum = 0;
accumulate(salaries.begin(), salaries.end(), lsum);
/* now lsum contains the sum of the elements in the list */

* Библиотеката поддържа функции за търсене.

/* search for a certain name on the staff */
   list<string>::iterator it =
   find(staff.begin(), staff.end(), name);
   cout << *it << endl;

* Библиотеката поддържа и функции за сортиране: sort,qsort