[X] Aufbau der STL - Teil 1: Container

CStoll

So, der Grobaufbau des Artikels steht - ich bitte um Anmerkungen und Verbesserungsvorschläge der Kollegen.

(Wo sollte ich ausfühtlicher werden? Was könnte ich kürzen? Wo gibt es noch Unklarheiten? ...)

PS @estartu: Ist es eigentlich erlaubt, die Artikel noch nach Veröffentlichung zu ändern?

estartu

CStoll schrieb:

PS @estartu: Ist es eigentlich erlaubt, die Artikel noch nach Veröffentlichung zu ändern?

Sagen wir es mal so: Es ist möglich (ihr habt ja Editrechte) aber ich sehe es nicht gerne.

Sehr gravierende Sachen (wie mein Castfehler neulich) dürfen behoben werden.
Sowas wie das PDF nachreichen von Tobias ist auch okay, da der Artikel davon kaum betroffen ist.
Aber es soll nicht darauf hinauslaufen, dass hier halbe Artikel veröffentlicht werden, wo dann hinterher noch die Hälfte geärndert wird.

In solchen Fällen würde ich den Artikel zurückziehen und korrigiert wieder rausschicken oder einen Teil 2 vorschlagen.

Wieso fragst du?

...ich versuche nachher oder Morgen früh mal zu gucken. Was STL angeht bin ich rel. ahnungslos, habs damals nur per Copy&Paste genutzt.

CStoll

estartu schrieb:

Wieso fragst du?

Es geht mir im Moment um die Bemerkungen "weitere Informationen folgen später" in einigen Teilen des Artikels (z.B. zu Strings oder IO-Streams) - die würde ich gerne später gegen Links zu anderen (noch nicht existierenden) Artikeln ersetzen, die das Thema ausführlicher behandeln.

evilissimo

Hi,

Schön wäre es wenn du zu jedem Container ein paar kleine beispiele für die typische verwendung (minimalistisch sprich auf reserve & solche sachen kannst du natürlich verzichten) hinzufügst.

Als Beispiel für std::vector<>

std::vector<int> vec;
// hinzufügen
vec.push_back(10); 
vec.push_back(21);
vec.push_back(32);
// direkter zugriff
vec[2] = 33;
//iteration
for(std::vector<int>::const_iterator it = vec.begin(), end = vec.end(); 
    it != end; ++it){
   std::cout << *it << std::endl;
}

std::list<>

std::list<int> lst;
lst.push_back(10);
lst.push_front(21);
lst.insert(lst.begin(),32);
for(std::list<int>::const_iterator it = lst.begin(), end = lst.end();
    it != end; ++it){
    std::cout << *it << std::endl;
}

etc

Ich empfinde es als viel zu trocken wenn keine Beispiele dabei sind.

Auch interessant könnte folgendes sein:

http://www.linuxsoftware.co.nz/containerchoice.png

Das soll dem Programmierer helfen den passenden Container zu finden den er sucht und das mit hilfe eines Struktogramms.

Ich weiß, dass das Thema Aufbau der STL ist, aber ehrlich gesagt ist mir der Aufbau eigentlich relativ schnuppe mich würde eher die Verwendung als Otto-Normal-Leser interessieren und Newbies werden es dir danken

BR
evilissimo

Artchi

Erstmal klasse das du dir soviel Mühe gemacht hast!

Hätte da aber ein Verbesserungsvrschlag: willst du diesen Artikel nicht lieber aufteilen? Ich pers. (und wahrscheinlich auch die Mehrheit der Leser) fühle mich bei solchen Textmengen in einem Magazin erschlagen. Es ist ja kein Buch, wo ich weiß, das ich viel Text bekomme. Das ganze ist jetzt wirklich nur psychologisch gemeint, nicht das ich deinen Artikel an sich kritisiere. Das ganze ist ja ein Magazin, und da erwartet man als Leser kompakte Informationen, die man sich ruck zuck neben bei mal durchlesen kann. Auch wenn es nicht vollständig ist.

Einige Artikel ufern nämlich aus, als ob es bald Lehrbücher werden.

Ich pers. lese Zeitschriften gerne, weil ich mal in 5 Minuten erfahre worum es geht. Die STL z.B. kann man in einem Zeitungsartikel nicht wirklich erklären. Aber man kann 1. den Leser informieren das es das überhaupt gibt, 2. worum es geht und 3. erste Erfahrungen mitgeben. Wenns weiter gehen soll, kann man das in weiteren Artikeln fortführen. Ich denke die Artikel zu Spirit, GDI+ und vorallem Build-Tools sind gute Beispiele. Die sind kurz, man weiß das es diese Sachen gibt und man findet einen Einstieg. Alles weitere muß man sich in einem Buch erlesen oder man wartet auf weitere Artikel.

Vielleicht kannst du das ganze ja aufteilen und mit Fazits abschliessen? Z.B. könnte man bei den Strings oder Assoziativen Containern einen Cut machen und dann in der nächsten Ausgabe weiter machen?

Das ganze ist jetzt auch eine Frage an alle anderen Autoren? Sollte man da nicht (neben der Layout-Frage) nicht auch solche Fragen festlegen?

CStoll

@evil: Ja, das mit den Beispielen klingt ganz gut - aber irgendwie fällt mir auf Anhieb nichts besseres ein als "erzeuge einen Vektor, fülle ihn mit Werten und schau dir das Ergebnis an". Meinst du, sowas reicht zur Motivation?

@Artchi: Erstmal danke für das Kompliment.

Hätte da aber ein Verbesserungsvrschlag: willst du diesen Artikel nicht lieber aufteilen?

Da habe ich auch schon drüber nachgedacht. Aber ich bin mir nicht sicher, wo ich da einen vernünftigen Cut reinbringen könnte.

evilissimo

CStoll schrieb:

@evil: Ja, das mit den Beispielen klingt ganz gut - aber irgendwie fällt mir auf Anhieb nichts besseres ein als "erzeuge einen Vektor, fülle ihn mit Werten und schau dir das Ergebnis an". Meinst du, sowas reicht zur Motivation?

Was machst du denn sonst mit einem Vector?
Das sollte doch ausreichen. Eventuell erklärst du das noch mit den Template Parametern (sprich welche wichtig für die Verwendung sind) für die, die selbst noch nichts mit templates gemacht haben.

BR
evilissimo

CStoll

evilissimo schrieb:

CStoll schrieb:

@evil: Ja, das mit den Beispielen klingt ganz gut - aber irgendwie fällt mir auf Anhieb nichts besseres ein als "erzeuge einen Vektor, fülle ihn mit Werten und schau dir das Ergebnis an". Meinst du, sowas reicht zur Motivation?

Was machst du denn sonst mit einem Vector?

Stimmt auch wieder.

Eventuell erklärst du das noch mit den Template Parametern (sprich welche wichtig für die Verwendung sind) für die, die selbst noch nichts mit templates gemacht haben.

Kurzfassung: Alle Parameter sind wichtig (außer eventuell dem Allocator, da leistet der Default recht gute Dienste).

@Aufteilung: Das ist noch nicht zu Ende gedacht, aber wäre die folgende Splittung des Artikels brauchbar?

Containerklassen (jetzt Kapitel 1/2)
Iteratoren und Algorithmen (Kapitel 3/4)
Hilfsklassen (Kapitel 5ff)
IO-Streams
Strings

evilissimo

Naja die IOStreams gehören nicht zur STL, wenn dann müsstest du den Titel in "Aufbau der C++ Standard Bibliothek" umbennen.

Ansonsten gibt es auch andere Default Parameter in der STL, z.b. bei map und set den Typ für Key Compare (std::less<>/std::greater<>) die aber natürlich auch interessant und imho wichtig sind.

Bei std::string wäre es interessant wenn du auf std::basic_string<> zu sprechen kommen würdest (z.B. das man sich halt auch eigene strings relativ einfach basteln kann in dem man die chartraits modifiziert)

Was siehst du als Hilfsklassen an? exceptions, functoren, etc?

BR
evilissimo

CStoll

evilissimo schrieb:

Naja die IOStreams gehören nicht zur STL, wenn dann müsstest du den Titel in "Aufbau der C++ Standard Bibliothek" umbennen.

Stimmt auch wieder - die IO-Bibliothek wird trotzdem eins der nächsten Themen, die ich bearbeiten will (außer darum kümmert sich schon jemand anderes).

Ansonsten gibt es auch andere Default Parameter in der STL, z.b. bei map und set den Typ für Key Compare (std::less<>/std::greater<>) die aber natürlich auch interessant und imho wichtig sind.

Stimmt - momentan wird der Punkt wohl etwas kurz behandelt.

Bei std::string wäre es interessant wenn du auf std::basic_string<> zu sprechen kommen würdest (z.B. das man sich halt auch eigene strings relativ einfach basteln kann in dem man die chartraits modifiziert)

Strings bekommen ebenfalls einen eigenen Artikel (die gehören genausowenig direkt zur STL wie die Streams).

Was siehst du als Hilfsklassen an? exceptions, functoren, etc?

pair, complex, bitsets etc. (siehe oben - Kapitel 5) - Exceptions könnte ich auch nochmal näher beleuchten, oder reicht da ein Link auf Reyx' Artikel?

evilissimo

Also bezgl der exceptions würde ich nicht sagen das da ein Link reicht, er kommt ja selbst nicht auf std::exception und seine Kinder zusprechen, und davon gibt es ne ganze Menge. Interessant ist es halt das es sie gibt, und meiner meinung nach eigene exceptions davon ableiten sollte

So und sonst wird das schon eine sehr runde sache sein wenn du all das behandelt hast. (Btw ist mir ein paar Tage bevor der Vorschlag aufgekommen ist der Gedanke gekommen so etwas zu schreiben. Aber da mir die Zeit ja schon für meinen eigenen Artikel fehlt, bzw ich wenn ich mal Zeit hab mich mit anderen sachen auch noch beschäftige, hab ich den gedanken erst mal in den Hintergrund rücken lassen. Ich kenne halt keine anfänger gerechte einführung in die STL und das wäre halt mal was )

BR
evilissimo

Artchi

online gibts vielleicht keine anfängererechte Einführung. Aber das Buch von Kuhlins und Schrader aus dem Springer Verlag ist es meiner Meinung sehr wohl.

Die STL gibt es offiziell doch eigentlich garnihct im ISO-Standard?! Ist doch alles C++ Standardlib. Die STL unterscheidet sich sogar an einigen Stellen von der C++ Standardlib. STL wird nur im Volksmund als Begriff genannt...

Meiner Meinung nach hast du dir hier gerade eine Lebensaufgabe aufgebürgt, die ganze C++ Standardlib zu behandeln, wenn andere dafür ganze Bücher schreiben. Ich hätte mir das nicht vorgenommen. Bin gespannt drauf!

CStoll

Artchi schrieb:

online gibts vielleicht keine anfängererechte Einführung. Aber das Buch von Kuhlins und Schrader aus dem Springer Verlag ist es meiner Meinung sehr wohl.

Das Buch habe ich leider nicht verfügbar - ich bin aber bislang recht gut mit dem Jossutis ausgekommen

Meiner Meinung nach hast du dir hier gerade eine Lebensaufgabe aufgebürgt, die ganze C++ Standardlib zu behandeln, wenn andere dafür ganze Bücher schreiben. Ich hätte mir das nicht vorgenommen. Bin gespannt drauf!

Ob ich da letztendlich die ganze Standardlib erkläre, belibt abzuwarten. Auf jeden Fall - drück mir die Daumen

evilissimo

Artchi schrieb:

Die STL gibt es offiziell doch eigentlich garnihct im ISO-Standard?! Ist doch alles C++ Standardlib. Die STL unterscheidet sich sogar an einigen Stellen von der C++ Standardlib. STL wird nur im Volksmund als Begriff genannt...

Man nennt sie halt so, und das tun wir nun mal auch :P. Aber ja das ist richtig, wenn man es genau nimmt ist es das einfach nur die C++ Standard Bibliothek

BR

CStoll

~So, jetzt wird der Artikel zur besseren Übersicht in drei Teile zerlegt~

Inhalt

Teil 1:

Vorbemerkungen
Container
sequentielle Container
assoziative Container
Container-Adapter
Zusammenfassung

Teil 2:

Iteratoren
Iterator-Kategorien
Iterator-Adapter
Iterator-Hilfsfunktionen
Algorithmen

Teil 3:

weitere Klassen
Fehlerbehandlung
Erweiterungsmöglichkeiten
weitere Informationen

1. Vorbemerkungen

Die Standard Template Library (STL) ist ein wesentlicher Bestandteil von ISO C++, der leider häufig unterschätzt oder falsch eingesetzt wird. [...]

Wie der Name schon andeutet, sind die einzelnen Komponenten der STL als Templates aufgebaut. Das hat den Vorteil, daß sie mit beliebigen Datentypen und Erweiterungen zusammenarbeiten können, ohne auf Vererbungshierarchien Rücksicht nehmen zu müssen. Der Anwender der STL muß lediglich darauf achten, daß die benötigten Operationen von seinen Typen unterstützt werden (z.B. benötigt der Schlüsseltyp einer set<> einen <-Operator oder eine äquivalente Vergleichfunktion).

Die STL kann grob in drei Hauptbestandteile untergliedert werden:

Container dienen zur Aufbewahrung und Verwaltung großer Datensammlungen
Iteratoren navigieren in Containern oder anderen Datenstrukturen
Algorithmen führen verschiedene Operationen auf Container-Elementen aus

Außerdem gibt es einige weitere Funktionen und Klassen in der Standard-Bibliothek von C++, die nicht direkt der STL zugeordnet werden.

2. Container

Container werden verwendet, um viele gleichartige Objekte gemeinsam unterzubringen und zu verwalten. Alle Containerklassen der STL haben einige gemeinsame Definitionen und Methoden, so daß sie teilweise gegeneinander ausgetauscht werden können. Die wichtigsten davon sind:

Typdefinitionen:

value_type - der Typ der gespeicherten Daten
iterator und const_iterator - der hauseigene Iteratortyp des Containers (für variable bzw. konstante Container)
size_type - ein Typ zur Angabe von Größenwerten (vorzeichenloser Integer)
allocator_type - der Typ der verwendeten Allokator-Klasse

Memberfunktionen

begin() - liefert einen Iterator auf das erste Element des Containers
end() - liefert einen Iterator hinter das letzte Element des Containers
rbegin() und rend() - liefern Reverse-Iteratoren auf das erste bzw hinter das letzte Element des Containers (rückwärts gerechnet)
size() - liefert die aktuelle Anzahl an Elementen
max_size() - liefert das maximale Fassungsvermögen des Containers
insert(pos,wert) - fügt ein Element an der Stelle 'pos' ein (bei assoziativen Containern ist 'pos' nur ein Hinweis, wo das Element eingefügt werden könnte)
assign(st,en) - weist dem Container den Inhalt des Bereiches [st,en[ zu.
c1.swap(c2) und swap(c1,c2) - vertauscht den Inhalt der Container c1 und c2.
clear() - löscht alle Elemente des Containers
erase(pos) und erase(st,en) - löscht das Element an der Stelle 'pos' bzw. alle Elemente im Bereich [st,en[

Zu den Template-Parametern, die ein Container bekommt, gehört neben dem Wertetyp auch immer ein Allokator-Typ. Dessen Methoden werden verwendet, wenn der Container neuen Speicher anfordern, initialisieren und freigeben will. Der Defaulttyp hierfür ist std::allocator<T> und verwendet die Operatoren new und delete, um den Speicher zu verwalten. Experten können die Speicherverwaltung jedoch auch anders implementieren, indem sie eine eigene Allokator-Klasse schreiben und dem Container mitgeben (z.B. kann eine Datenbank oder ein Garbage Collector verwendet oder zurückgegebene Speicherbereiche für schnelleren Zugriff zwischengelagert werden).

3. sequentielle Container

Sequentielle Container speichern ihre Elemente in der Reihenfolge, in der sie eingefügt wurden. Natürlich ist es auch möglich, diese Reihenfolge manuell anzupassen, indem man ein Element in der Mitte des Containers einfügt oder die vorhandenen Elemente direkt ändert.

3.1. vector

voller Name:

template<typename T,typename A=allocator<T> >
class std::vector;

Header:

include <vector>

Ein Vektor verwendet einen zusammenhängenden Speicherbereich, in dem er seine Elemente unterbringen kann. Dadurch kann er sehr schnell über den Index auf ein Element zugreifen und neue Elemente am Ende der Sequenz anhängen und löschen. Einfüge- und Lösch-Operationen in der Mitte oder gar am Anfang des Containers benötigen jedoch deutlich mehr Zeit, weil alle nachfolgenden Elemente entsprechend verschoben werden müssen.

Ein Beispiel zum Umgang mit Vektoren:

#include <vector>
#include <iostream>//für Ausgaben
using namespace std;

int main()
{
  vector<int> data;
  data.push_back(1);
  data.push_back(2);
  data.push_back(3);

  //Ausgabe aller Elemente:
  for(int i=0;i<data.size();++i)
    cout<<data<<" ";
  cout<<endl;

  data[1]=20;//direkter Elementzugriff
  data.front()=11;
  data.pop_back();

  data.resize(10,4);

  //nochmal Ausgabe:
  for(int i=0;i<data.size();++i)
    cout<<data[i]<<" ";

  return 0;
}

Ein Vektor reserviert sich in der Regel mehr Speicherplatz als für seine aktuelle Größe notwendig ist. Solange diese Kapazität noch nicht erreicht wird, können push_back()-Operationen in konstanter Zeit durchgeführt werden. Bei Überschreitung der Kapazität werden alle vorhandenen Elemente in einen neuen (entsprechend größeren) Speicherbereich umkopiert - dadurch werden erstens alle Referenzen, Zeiger und Iteratoren in den Vektor und zweitens kostet diese Operation recht viel Zeit. Deshalb ist es günstig, vor aufwendigen Operationen mit dem Vektor per reserve() genug Speicher anzufordern.

Achtung: Ein Vektor gibt die einmal reservierte Kapazität erst im Destruktor wieder frei.

Zusätzlich zu den generellen Methoden, seinen Inhalt zu manipulieren, bietet ein Vektor noch einige spezielle Zugriffsfunktionen:
*

** resize(size) und resize(size,val)
Ändert die Größe des Vektors auf 'size', indem am Ende Elemente entfernt oder angefügt werden. Neue Elemente werden mit dem Defaultwert des Elementtyps bzw. mit 'val' belegt.
** [i]vec**[pos]** und at(pos)
Liefern das Element mit dem Index 'pos' zurück. Der Unterschied zwischen beiden Methoden besteht in der Fehlerbehandlung - der Index-Operator liefert undefinierte Werte, wenn er mit einem Index außerhalb des Intervalls [0,vec.size()[ aufgerufen wird, die Methode at() wirft eine out_of_range Ausnahme, die vom Anwender aufgefangen werden muß.

push_back(val)
Hängt das Element 'val' an das Ende des Vektors an.
front() und back()
Liefern den Wert des ersten bzw. letzten Elements im Vektor.
pop_back()
Löscht das letzte Element aus dem Vektor.
capacity()
Liefert die aktuelle Kapazität des Vektors zurück. Dieser Wert gibt an, wieviele Elemente er aufnehmen könnte, ohne neuen Speicher anfordern zu müssen.
reserve(size)
Reserviert genug Speicherplatz für mindestens 'size' Elemente. Der neu angelegte Speicherplatz wird nicht initialisiert.

Die Spezialisierung vector<bool> wurde zur platzsparenden Speicherung von 1-Bit-Werten vorgesehen und bietet ein paar Zusatzmethoden zur Manipulation einzelner Bits:

flip()
Invertiert alle Elemente des Vektors (aus true wird false und umgekehrt)
vec[pos].flip() bzw. at(pos).flip
Invertiert das Element 'pos' des Vektors

3.2. deque

voller Name:

template<typename T,typename A=allocator<T> >
class std::deque;

Header:

#include <deque>

Eine Deque (Double Ended QUEue) hat insofern Ähnlichkeit mit dem Vektor, daß sie ihren Inhalt auch in zusammenhängendem Speicher organisiert. Ind der Regel wird jedoch nicht ein einzelner Speicherblock dafür verwendet, sondern mehrere kleinere Blöcke, die beim Durchlaufen der Deque virtuell zusammengefügt werden. Ihr Vorteil ist, daß sie sowohl am Ende als auch am Anfang problemlos erweitert werden kann. Änderungen in der Mitte des Containers sind wie beim vector langsam und sollten besser vermieden werden.

Wenn eine Deque ihre reservierte Kapazität ausgeschöpft hat, reserviert sie einen neuen Speicherbereich, der vor bzw. hinter den vorhandenen Speicherblöcken in die Kontrollstruktur eingefügt wird. Im Gegensatz zum Vektor werden die einzelnen Speicherblöcke auch wieder freigegeben, wenn sie nicht mehr benötigt werden (wann das geschieht, ist normalerweise von der Implementation abhängig).

Eine Deque bietet - mit Ausnahme von capacity() und reserve() - die selben Methoden wie ein Vektor, zusätzlich ermöglicht sie:

push_front(val)
Hängt das Element 'val' an den Anfang der Schlange an
pop_front()
Löscht das erste Element der Schlange

3.3. list

voller Name:

template<typename T,typename A=allocator<T> >
class std::list;

Header:

#include <list>

Im Gegensatz zu Vektoren wird der Inhalt einer list in Form einer doppelt verketteten Liste gespeichert. Auf diese Weise ist es sehr effizient, Werte an beliebiger Stelle einzufügen und wieder zu entfernen. Im Gegenzug ist es sehr langwierig, ein bestimmtes Element anhand seines Index wiederzufinden.

Eine List bietet keinen direkten Elementzugriff über den Index-Operator bzw. at(), aber unterstützt die meisten anderen Funktionen, die auch von Vektoren und Deques zur Verfügung gestellt werden:

resize()
push_back(), pop_back() und back()
push_front(), pop_front() und front()
splice(pos,list), splice(pos,list,spos) bzw. splice(pos,list,sbeg,send)
Hängt einzelne Elemente aus 'list' aus und fügt sie vor dem Iterator 'pos' in die Liste ein. Je nach Version wird die komplette Liste 'list', das einzelne Element 'spos' bzw. der Bereich [sbeg,send[ umgehängt.
unique(), sort(), merge(list) und reverse()
Diese Methoden entsprechen den gleichnamigen Algorithmen, können jedoch auf der Listenstruktur effizienter umgesetzt werden als mit den Iterator-basierten Algorithmen (z.B. braucht reverse() nur alle Vorgänger- und Nachfolger-Zeiger zu vertauschen anstatt Elemente umzukopieren).

Ein Beispiel zur Anwendung einer Liste:

#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
  list<int> data;
  //Liste füllen
  for(int i=1;i<5;++i) data.push_back(i);
  data.push_front(4711);

  //Ausgabe (nicht über Index möglich, deshalb benötigt man Listen-Iteratoren)
  for(list<int>::iterator pos=data.begin();pos!=data.end();++pos)
    cout<<*pos<<" ";
  cout<<endl;

  list<int>::iterator pos1=data.begin();
  ++pos1;//Iterator auf 2. Element
  data.insert(pos1,0x0815);

  //nochmal Ausgabe:
  for(list<int>::iterator pos=data.begin();pos!=data.end();++pos)
    cout<<*pos<<" ";
  cout<<endl;
}

3.4. string

voller Name:

template<typename C,typename Tr=char_traits<T>,typename A=allocator<C> >
class std::basic_string;

typedef basic_string<char> string;
typedef basic_string<wchar_t> wstring;

Header:

#include <string>

Achtung: Der Header <string.h> exisitiert ebenfalls, dieser enhält jedoch die char*-Verarbeitungsfunktionen der C-Standardbibliothek.

Strings sind zwar keine "offiziellen" STL-Container, aber sie bieten genug Unterstützung an, um analog zu den anderen Containern verwendet zu werden. Ihre Hauptverwendung ist die Verwaltung von Zeichenketten, deshalb bieten sie auch Operationen zur Verkettung und zur Zusammenarbeit mit char*-Feldern an.

Mit Strings werde ich mich ausführlicher in einem späteren Artikel beschäftigen.

4. assoziative Container

Assoziative Container sortieren ihre Elemente intern nach ihrer Größe. Dadurch geht es deutlich schneller, einen bestimmten Wert im Container wiederzufinden, allerdings spielt es für die Reihenfolge in der Regel keine Rolle, welches Element zuerst eingefügt wurde.

Im Allgemeinen nutzen alle assoziativen Container die gleiche Grundstruktur (ein balancierter Binärbaum), um ihren Inhalt zu speichern, sie unterscheiden sich lediglich im Typ der eingetragenen Elemente und der Art, wie Duplikate verwaltet werden.

Alle assoziativen Container bieten einige zusätzliche Methoden, um bestimmte Elemente suchen zu können (diese Methoden entsprechen den gleichnamigen Algorithmen, können jedoch in der Baumstruktur effizienter arbeiten als auf einem linear angeordneten Iterator-Bereich):

count(val)
Zählt, wie oft das Element (für Set's) bzw. der Schlüsselwert (für Map's) 'val' im Container enthalten ist
find(val)
Liefert einen Iterator auf ein Containerelement mit dem (Schlüssel-)Wert 'val' oder end(), wenn es nicht existiert
erase(val)
Löscht alle Elemente mit dem (Schlüssel-)Wert 'val' aus dem Container
lower_bound(val), upper_bound(val) und equal_range(val)
Liefern die erste, letzte bzw. beide Position im Container (als pair), an der der (Schlüssel-)Wert 'val' in den Container eingefügt werden kann
key_comp() und value_comp()
Liefern den Functor, mit dem die Schlüsselwerte bzw. Elemente des Containers sortiert werden (bei Set's sind beide identisch, bei Map's vergleicht value_comp() die ersten Elemente eines pair mit Hilfe von key_comp())

Jeder assoziative Container besitzt einen "eingebauten" Vergleichstyp, mit dessen Hilfe die einzelnen Elemente verglichen werden. Dieser wird bei der Definition des Containers als zweiter bzw. dritter Template-Parameter übergeben. Der vorgegebene Typ "less<T>" verwendet < als Vergleichskriterium, sortiert die Elemente also aufsteigend. Aber jeder Funktortyp, der zwei Schlüsselwerte als Parameter akzeptiert und einen bool zurückliefert, kann theoretisch als Vergleichskriterium eingesetzt werden.

Die Vergleichsrelation des Containers wird auch verwendet, um zwei Elemente auf Gleichheit zu testen: x==y gdw !(x<y)&&!(y<x).

Wichtig für die Anwendung von set's und map's ist, daß der verwendete Vergleichstyp eine "strict weak ordering" ~wie kann man das auf Deutsch ausdrücken?~ bildet, andernfalls kommt es zur Laufzeit des Programmes zu undefiniertem Verhalten - und kein Compiler kann kontrollieren, ob eine beliebig gegebene Relation diese Anforderungen erfüllt.

4.1. set und multiset

voller Name:

template<typename K,typename P=less<K>,typename A=allocator<K> >
class std::set;
template<typename K,typename P=less<K>,typename A=allocator<K> >
class std::multiset;

Header:

#include <set>

Set's und Multiset's speichern einzelne Schlüsselwerte. Ihr Unterschied besteht darin, daß eine Set jeden Wert maximal einmal enthält, während eine Multiset auch Duplikate enthalten kann.

map und multimap

voller Name:

template<typename K,typename V,typename P=less<K>,typename A=allocator<pair<const K,V> > >
class std::map;
template<typename K,typename V,typename P=less<K>,typename A=allocator<pair<const K,V> > >
class std::multimap;

Map's und Multimap's speichern Paare aus einem Schlüssel und einem zugeordneten Wert. Auch hier besteht der Unterschied darin, daß eine Map eindeutige Schlüssel enthält, während die Schlüssel in der Multimap mehrfach vorkommen können - sogar mit unterschiedlichen zugeordneten Werten. Die Elemente in einer (Multi-)Map sind Paare aus konstantem Schlüssel und Wert, wodurch die insert-Operationen etwas komplizierter geschrieben werden müssen:

map<string,int> id_liste;

//(1) - exakter Typ:
id_liste.insert(map<string,int>::value_type("Carsten",4711);

//(2) - pair:
id_liste.insert(pair<string,int>("CStoll",0x0815);

//(3) - make_pair:
id_liste.insert(make_pair("Admin",1);

(im ersten Fall wird der Typ exakt so übergeben, wie die map ihn benötigt, im zweiten und dritten Fall ist eine implizite Typumwandlung von pair<string,int> bzw. pair<const char*,int> nach pair<const string,int> notwendig)

Eine Map bietet als besonderes Extra direkten Elementzugriff über den Index-Operator m[ind]. Im Gegensatz zu einem Array oder Vektor wird hierbei der Wert zurückgegeben, der zum Schlüssel 'ind' zugeordnet wurde. Wenn dieser Schlüssel nicht in der Map existiert, wird er angelegt und mit einem Defaultwert verknüpft.
(die Multimap bietet dieses Feature nicht, da sie keine eindeutige Zuordnung zwischen einem Schlüssel und seinem Wert herstellen kann)

5. Container Adapter

Diese Adapter verwenden die Standard-Container, um darauf spezielle Datenstrukturen aufzubauen. Sie bieten ein halbwegs einheitliches Interface zur Verwendung an, unterscheiden sich jedoch in der Definition, welches Element das "erste" ist.

push(val)
fügt das Element "val" in den unterliegenden Container ein
top()
liefert das "erste" Element des Containers
pop()
löscht das "erste" Element des Containers (der Wert muß vorher verarbeitet werden)

Diese Methoden verwenden keinerlei Fehlerkontrolle - wenn versucht wird, das erste Element eines leeren Stacks zu lesen, ergibt sich deshalb undefiniertes Verhalten.

Alle Adapter erwarten, daß der verwendete Containertyp die Operationen bereitstellt, die sie verwenden wollen, andernfalls weigert sich der Compiler, sie zu erzeugen.

5.1. stack

voller Name:

template<typename T,typename C=deque<T> >
class std::stack;

Header:

#include <stack>

Ein Stack nutzt die Memberfunktionen push_back(), back() und pop_back() des unterliegenden Containertyps, um einen LIFO-Speicher zu realisieren - die Elemente werden in der umgekehrten Reihenfolge herausgegeben, in der sie eingefügt wurden.

Als Grundlage für den Stack kann theoretisch jeder sequentielle Container eingesetzt werden - der Standardtyp ist die deque, weil sie im Gegensatz zum Vektor auch wieder Speicher freigeben kann.

5.2. queue

voller Name:

template<typename T,typename C=deque<T> >
class std::queue;

Header:

#include <queue>

Eine Queue (oder Warteschlange) nutzt die Memberfunktionen push_back(), front(), und pop_front() des unterliegenden Conntainertyps, um einen FIFO-Speicher zu realisieren - die Elemente werden in der selben Reihenfolge herausgegeben, in der sie eingefügt wurden.

Als Grundlage für die Warteschlange können entweder deque's oder Listen verwendet werden, da sie als einzige Standard-Container eine pop_front()-Methode definieren.

5.3. priority_queue

voller Name:

template<typename T,typename C=vector<T>,typename P=less<typename C::value_type> >
class std::priority_queue;

Header:

#include <queue>

Eine Priority-Queue implementiert eine Prioritäts-Warteschlange auf dem unterliegenden Containertyp - die Elemente werden entsprechend ihrer Größe umgeordnet, so daß jeweils das größte aus der Warteschlange entnommen werden kann. Der Adapter nutzt die Methoden push_back(), front() und pop_back() sowie die Heap-Algorithmen make_heap(), push_heap() und pop_heap(), um seine Elemente zu organisieren.
Das Prädikat P dient dabei zur Feststellung, welches Element größer ist. Genau wie bei den assoziativen Containern muß die verwendete Vergleichsfunktion eine Ordnungsrelation definieren, sonst funktioniert die Priority-Queue nicht richtig.

Als Grundlage für eine Prioritäts-Schlange können Vektoren, Deque's oder Strings verwendet werden - Listen bieten keine Random-Access-Iteratoren und können deshalb nicht mit den Heap-Algorithmen genutzt werden.

6. Zusammenfassung

Es gibt keine "perfekte" Containerklasse für alle Anwendungsbereiche. Deshalb ist es von Vorteil, wenn man die unterschiedlichen Container der STL kennt und auswählen kann, welcher gerade am günstigsten geeignet ist. Dabei ist es auch mit geringem Aufwand möglich, die Container gegeneinander auszutauschen, wenn man zum Beispiel während der Entwicklung feststellt, daß eine deque<> doch bessere Eigenschaften hat als eine list<>.

Container         Vektor          Deque           Liste           Set             Multiset        Map             Multimap
----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Struktur          dynamisches     Array von       verkettete      Binärbaum       Binärbaum       Binärbaum       Binärbaum
                  Array           Arrays          Liste

Elemente          Wert            Wert            Wert            Wert            Wert            Schlüssel+Wert  Schlüssel+Wert

Duplikate         Ja              Ja              Ja              Nein            Ja              Wert            Ja

Direktzugriff     Ja              Ja              Nein            Nein            Nein            über Schlüssel  Nein

Iteratortyp       Random Access   Random Access   Bidirektional   Bidirektional   Bidirektional   Bidirektional   Bidirektional
                                                                  konstant        konstant        Schl. konstant  Schl. konstant
Suche             langsam         langsam         sehr langsam    schnell         schnell         schnell (Schl.) schnell (Schl.)

Einf./Entf.       Ende            Anfang, Ende    überall

invalidiert       Reallocation    immer           nie             nie             nie             nie             nie
Iteratoren etc.

Speicherfreigabe  nie             manchmal        immer           immer           immer           immer           immer

Reservierung      Ja              Nein

Transaktions-     push/pop        push/pop an     alle außer      alle außer      alle außer      alle außer      alle außer
sicher            am Ende         Anfang, Ende    sort            multi-insert    multi-insert    multi-insert    multi-insert

Ausblick

Container sind ein hilfreiches Werkzeug zur Datenorganisation. Aber ihre volle Stärke entwickeln sie erst in Zusammenarbeit mit den Iteratoren und Algortihmen - deshalb werde ich diese Bestandteile der STL im zweiten Teil der Serie ausführlicher behandeln.

Artchi

Die Standard Template Library (STL) ist ein wesentlicher Bestandteil von ANSI C++

ISO C++. ANSI C++ ist nur die nationale Version, genauso wie es DIN C++ gibt.

CStoll

Wenn du es so exakt haben willst

Mr. B

scheiße, da kommt ja n haufen arbeit auf mich zu...

die drei artikel irgendwann zu überprüfen...

Mr. B

michba

@Mr. B
Bin ja auch noch da...

CStoll

Mr. B schrieb:

scheiße, da kommt ja n haufen arbeit auf mich zu...

Wo du es ansprichst, eine kleine Bitte: In den Artikeln nutzt du aber [kor]-Tags Ich habe nämlich keine Lust, in einem mehrseitigen Text du vergleichen, welche drei Worte sich da geändert haben.