Upload
others
View
18
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
TDDI82 ‐ ObjektorienteradproblemlösningStandardbiblioteket I
Christoffer Holm
Institutionen för datavetenskap
1 Kursupplägg2 Behållare3 Iteratorer4 Smartpekare
1 Kursupplägg2 Behållare3 Iteratorer4 Smartpekare
3 / 51
KursuppläggPersonal
• Kursledare: Christoffer Holm
• Etiklärare: Erik Gustavsson
• Examinator: Klas Arvidsson
• Kursassistent: Eric Ekström
• Assistent: Isak Almquist
4 / 51
KursuppläggMål
• C++: Standardbiblioteket
• C++: Mallar
• Projekt: Lösa och formulera problem medobjektorientering
• Projekt: Skapa objektorienterad design
• Etik: Redgöra och analysera etiska aspekter inomdatateknik
5 / 51
KursuppläggKursmoment
• Labserie• Etikseminarier• Projekt• Tentamen
5 / 51
KursuppläggKursmoment
• Labserie• 2 laborationer• ungefär 2 veckor• Möjlighet för bonus på tentan• Storseminarie ‐ obligatoriskt
• Etikseminarier• Projekt• Tentamen
5 / 51
KursuppläggKursmoment
• Labserie• Etikseminarier• 2 “seminarier”• diskussionsuppgifter• Pass bokade i schemat är lärarfritt arbetspass• Erik Gustavsson ([email protected])
• Projekt• Tentamen
5 / 51
KursuppläggKursmoment
• Labserie• Etikseminarier• Projekt• Objektorienterat projekt i C++• Oftast ett spel, men kan vara annat också• 4 personer per grupp• ungefär 3 veckor• Verktyg såsom git och make
• Tentamen
5 / 51
KursuppläggKursmoment
• Labserie• Etikseminarier• Projekt• Tentamen• Zoom övervakad• 2 uppgiter: en mall‐uppgift och en STL‐uppgift• U, G eller VG per uppgift• 3 = två G, 4 = ett VG, 5 = två VG
6 / 51
KursuppläggDeadlines
13/4 STL‐seminarie20/4 Etikseminarie 129/4 Hård deadline samtliga laborationer29/4, 17:00 Anmälan till projektgrupp i webreg3/5, 17:00 Inlämning projektbeskrivning10/5, 12:00 Inlämning individuell statusrapport11/5 Etiksemiarie 225/5 Redovisning projekt
7 / 51
KursuppläggPlanering
• Denna kurs har högre tempo än TDIU20
• Planera er tid: utnyttja ingenjörsprofessionalismen
8 / 51
KursuppläggLaborationer
• Listan
• Textredigering
8 / 51
KursuppläggLaborationer
• Listan
• Mallar• Iteratorer• Smartpekare
• Textredigering
8 / 51
KursuppläggLaborationer
• Listan
• Mallar• Iteratorer• Smartpekare
• Textredigering
• Lambda funktioner• STL Algoritmer• Databehållare
9 / 51
KursuppläggLaborationer
• 12/4: Deadline för bonus, Listan
• 26/4: Deadline för bonus, Textredigering
• 29/4: Sista chansen för redovisning
10 / 51
KursuppläggÄndringar
• Ny laboration: Textredigering
• Microsoft Teams från början för laborationer
• Bonus för tentan
11 / 51
KursuppläggLaborationer
Registrera er i WebReg såsnart som möjligt!
1 Kursupplägg2 Behållare3 Iteratorer4 Smartpekare
13 / 51
BehållareIntroduktion
• Sekvensbehållare (Sequence containers)
• Sekvensadaptrar (Sequence adaptors)
• Associativa behållare (Associative containers)
13 / 51
BehållareIntroduktion
• Sekvensbehållare (Sequence containers)
• Lagrar värden av samma typ i en given sekvens
• Vanligtvis används index för hämta värden
• Sekvensadaptrar (Sequence adaptors)
• Associativa behållare (Associative containers)
13 / 51
BehållareIntroduktion
• Sekvensbehållare (Sequence containers)
• Sekvensadaptrar (Sequence adaptors)
• Anpassat gränssnittet för en given sekvensbehållare
• Representerar saker såsom stackar, köer, prioritetslistor, o.s.v.
• Associativa behållare (Associative containers)
13 / 51
BehållareIntroduktion
• Sekvensbehållare (Sequence containers)
• Sekvensadaptrar (Sequence adaptors)
• Associativa behållare (Associative containers)
• Lagrar värden associerade till givna nycklar
• Värden måste vara av samma datatyp
• Nycklar måste vara av samma datatyp
• Använder nycklarna för att komma åt värden
14 / 51
BehållareSekvensbehållare
• vector• Lagrar värden kontinuerligt i minnet• Ändrar storlek efter behov• Vanligaste behållaren
• array• deque• list• forward_list
14 / 51
BehållareSekvensbehållare
• vector• array• Lagrar värden kontinuerligt i minnet• Har en fixerad storlek som är känd under
kompilering• Är effektivare än vector
• deque• list• forward_list
14 / 51
BehållareSekvensbehållare
• vector• array• deque• Double‐ended queue• Lagrar inte värden kontinuerligt i minnet• Bra om man vill komma åt värden endast i början
OCH slutet• list• forward_list
14 / 51
BehållareSekvensbehållare
• vector• array• deque• list• En dubbellänkad lista• Lagrar inte värden kontinuerligt i minnet• Bra om man vill komma åt värden i början• Kan stega bakåt och framåt i listan
• forward_list
14 / 51
BehållareSekvensbehållare
• vector• array• deque• list• forward_list• En enkellänkad lista• Lagrar inte värden kontinuerligt i minnet• Bra om man vill komma åt värden i början• Kan endast stega framåt i listan
15 / 51
BehållareSekvensbehållare
#include <vector>#include <array>#include <deque>#include <list>#include <forward_list>int main(){// likadant för list, forward_list och dequestd::vector<int> v {1, 2, 3};
// array måste även ange storlekstd::array<int, 3> a {1, 2, 3};
}
16 / 51
• Bygger ofta på deque
• Kan endast komma åt det senaste inlagda värdet
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
std::map<std::string, int> map{};
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
map["c"] = 3;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"c" 3
map["c"] = 3;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"c" 3
map["a"] = 1;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"a" 1"c" 3
map["a"] = 1;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"a" 1"c" 3
map["d"] = 4;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"a" 1"c" 3"d" 4
map["d"] = 4;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"a" 1"c" 3"d" 4
map["b"] = 2;
16 / 51
BehållareAssociativa behållare
"a" 1"b" 2"c" 3"d" 4
map["b"] = 2;
17 / 51
BehållareAssociativa behållare
• map• set• multi*• unordered_*
17 / 51
BehållareAssociativa behållare
• map• Kopplar ett värde till en nyckel• Kräver att nycklarna går att jämföra• Sorterad efter nycklarna• Varje nyckel kan endast förekomma en gång
• set• multi*• unordered_*
17 / 51
BehållareAssociativa behållare
• map• set• Som mapmen har endast nycklar• Bra för att garantera att alla värden är unika och
sorterade• multi*• unordered_*
17 / 51
BehållareAssociativa behållare
• map• set• multi*• Finns multimap och multiset• I dessa försvinner kravet att nycklarna är unika
• unordered_*
17 / 51
BehållareAssociativa behållare
• map• set• multi*• unordered_*• I dessa försvinner kravet att nycklarna ska gå att
jämföra• Nycklarna är inte längre sorterade
18 / 51
BehållareAssociativa behållare
#include <map>#include <set>#include <string>int main(){std::map<std::string, int> m { {"a", 1},
{"b", 2} };std::set<double> s { 1.0, 3.0, -1.0 };
}
1 Kursupplägg2 Behållare3 Iteratorer4 Smartpekare
20 / 51
IteratorerIteration
• Vi vill kunna loopa igenom våra behållare
• Vore trevligt om vi kan göra det generellt
• Problemet är att alla behållare har inte samma sätt attkomma åt element
• Därför måste vi tänka om för att kunna loopa igenombehållare på ett generellt sätt
21 / 51
IteratorerIteration
int main(){vector<int> v {1, 2, 3};for (int i{0}; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << endl;
}}
21 / 51
IteratorerIteration
int main(){set<int> v {1, 2, 3};for (int i{0}; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << endl; // fungerar ej
}}
21 / 51
IteratorerIteration
int main(){vector<int> v {1, 2, 3};for (int e : v){cout << e << endl;
}}
21 / 51
IteratorerIteration
int main(){set<int> v {1, 2, 3};for (int e : v){cout << e << endl; // fungerar
}}
22 / 51
IteratorerRange‐baserad for‐loop
• Man kan skapa egna behållare
• Hur är det då möjligt att få denna generalla loop attfungera för den egen‐skapade behållaren?
• Det är här iteratorer kommer in
23 / 51
IteratorerRange‐baserad for‐loop
for (int e : v){cout << e << endl;
}
23 / 51
IteratorerRange‐baserad for‐loop
using iterator = std::vector<int>::iterator;
for (iterator it{v.begin()}; it != v.end(); ++it){cout << *it << endl;
}
24 / 51
IteratorerRange‐baserad for‐loop
En behållare går att loopa igenom om:
• Det finns en inre klass som heter iterator
• Det finns medlemsfunktioner begin och end somreturnerar iterator objekt
• iterator har definierat operator++, operator*,operator== och operator!=
25 / 51
IteratorerIteratorer
• Iteratorer är generaliserade pekare
• Ett generellt sätt att iterera över alla behållare påsamma sätt
• Pekar på ett element i behållaren
• Möjligt att komma åt elementet med operator*
• Gå till nästa element med operator++
26 / 51
IteratorerIteratorer
vector<int> v{1,2,3};
26 / 51
IteratorerIteratorer
vector<int> v{1,2,3};
1 2 3
26 / 51
IteratorerIteratorer
vector<int> v{1,2,3};
1 2 3
begin end
26 / 51
IteratorerIteratorer
vector<int>::iterator it{v.begin()};
1 2 3
begin end
26 / 51
IteratorerIteratorer
vector<int>::iterator it{v.begin()};
1 2 3
begin end
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 3
begin end
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 3
begin end
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
int x{*it};
1 2 3
begin end
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
int x{*it};
1 2 3
begin end
it
x = 2
26 / 51
IteratorerIteratorer
int x{*it};
1 2 3
begin end
it
x = 2
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 3
begin end
it
x = 2
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 3
begin end
x = 2
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
*it = 4;
1 2 3
begin end
x = 2
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
*it = 4;
1 2 4
begin end
x = 2
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 4
begin end
x = 2
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
++it;
1 2 4
begin end
x = 2
it
26 / 51
IteratorerIteratorer
it == v.end();
1 2 4
begin end
x = 2
it
27 / 51
IteratorerIteratorer
• Det är viktigt att end‐iteratorn inte pekar på det sistaelementet
• Annars kommer vi missa sista elementet i behållareneftersom att loopen avslutas då it == v.end()
• Den måste unikt kunna identifiera att nu är iterationenslut
• Därför tänker vi att den pekar på elementet efter sista
28 / 51
IteratorerIterator kategorier
Det finns olika typer av iteratorer, dessa är:
• Input• Kan läsa befintliga värden i behållaren
• Output• Forward• Bidirectional• Random Access
28 / 51
IteratorerIterator kategorier
Det finns olika typer av iteratorer, dessa är:
• Input• Output• Kan lägga till nya värden i behållaren
• Forward• Bidirectional• Random Access
28 / 51
IteratorerIterator kategorier
Det finns olika typer av iteratorer, dessa är:
• Input• Output• Forward• Kan läsa/skriva över befintliga värden i behållaren• Kan stega framåt i behållaren• Är även en Input iterator
• Bidirectional• Random Access
28 / 51
IteratorerIterator kategorier
Det finns olika typer av iteratorer, dessa är:
• Input• Output• Forward• Bidirectional• Kan stega bakåt i behållaren• Är även en Forward iterator
• Random Access
28 / 51
IteratorerIterator kategorier
Det finns olika typer av iteratorer, dessa är:
• Input• Output• Forward• Bidirectional• Random Access• Kan hoppa till godtyckligt element i behållaren• Är även en Bidirectional iterator
29 / 51
IteratorerIterator kategorier
Nedan tabell visar vilka operationer som är möjliga för deolika kategorierna
KategoriOperationer Input Output Forward Bidirectional Random Access==, != ✓ ✓ ✓ ✓ ✓*, ‐> Läsa Skriva Läsa/Skriva Läsa/Skriva Läsa/Skriva++ ✓ ✓ ✓ ✓ ✓– ‐ ‐ ‐ ✓ ✓+, +=, ‐, ‐= ‐ ‐ ‐ ‐ ✓<, <=, >, >= ‐ ‐ ‐ ‐ ✓i[n] ‐ ‐ ‐ ‐ ✓
1 Kursupplägg2 Behållare3 Iteratorer4 Smartpekare
31 / 51
SmartpekareKan det bli minnesfel här?
class My_Class{public:My_Class(int x, int y);~My_Class(){delete p1;delete p2;
}private:int* p1;int* p2;
};
31 / 51
SmartpekareKan det bli minnesfel här?
int* create(int n){if (n >= 0){return new int{n};
}throw domain_error{"Negative"};
}
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{create(y)}
{ }
32 / 51
SmartpekareJa, det kan bli fel!
int main(){My_Class c{0, -1};
}
33 / 51
SmartpekareVarför?
• När konstruktorn avbryts kommer objektet att tas bortutan att köra destruktorn
• All data som har allokerats innan krashen kommerdärför inte avallokeras
• Hur kan vi lösa detta?
34 / 51
SmartpekareLösning?
My_Class::My_Class(int x, int y) try: p1{create(x)}, p2{create(y)}
{ }catch (domain_errror& e){delete p1;
}int main(){My_Class c{-1, 0};
}
34 / 51
SmartpekareLösning?
My_Class::My_Class(int x, int y) try: p1{create(x)}, p2{create(y)}
{ }catch (domain_errror& e){delete p1;
}int main(){My_Class c{-1, 0};
}
Segmentation Fault
35 / 51
SmartpekareVarför?
• Nu är det p1 som kastar undantaget
• I catch‐blocket försöker vi ta bort den, men den finnsinte
• Detta ger segmentation fault
36 / 51
SmartpekareLösning?
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{}
{try{p2 = create(y);
}catch (domain_error& e){delete p1;throw;
}}
36 / 51
SmartpekareLösning?
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{}
{try{p2 = create(y);
}catch (domain_error& e){delete p1;throw;
}}
Funkar...
36 / 51
SmartpekareLösning?
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{}
{try{p2 = create(y);
}catch (domain_error& e){delete p1;throw;
}}
Men till vilket pris?
37 / 51
Smartpekare
Vore det inte bra ompekare kunde avallokera
sig själva?
38 / 51
Smartpekare
39 / 51
Smartpekarestd::unique_ptr
int main(){int* p1{new int{5}};cout << *p1 << endl;{int* p2{new int{3}};cout << *p2 << endl;delete p2;
}delete p1;
}
39 / 51
Smartpekarestd::unique_ptr
#include <memory>int main(){std::unique_ptr<int> p1{new int{5}};cout << *p1 << endl;{std::unique_ptr<int> p2{new int{3}};cout << *p2 << endl;
}
}
40 / 51
Smartpekarestd::unique_ptr
• är en s.k. smartpekare
• finns definierad i <memory>
• tar över ansvaret för att hantera minnet
• representerar ägarskap
• kan inte kopieras
• men det går att flytta ägarskapet
41 / 51
Smartpekarestd::unique_ptr
#include <memory>using namespace std;int main(){unique_ptr<double> p{}; // nullptrp = new double{5.0};{unique_ptr<double> q{new double{1.0}};p = std::move(q);
}}
42 / 51
Smartpekarestd::unique_ptr
• unique_ptr tar bort det gamla minnet när vi tilldelarnytt minne
• man ska nästan aldrig behöva avallokera minnetmanuellt
43 / 51
SmartpekareFälla
#include <memory>int get(std::unique_ptr<int> p){return *p;
}int main(){std::unique_ptr<int> p{new int{5}};get(p);
}
43 / 51
SmartpekareFälla
#include <memory>int get(std::unique_ptr<int> p){return *p;
}int main(){std::unique_ptr<int> p{new int{5}};get(p);
}
Kompilerar ej
44 / 51
SmartpekareFälla
test.cpp: In function ‘int main’():test.cpp:9:8: error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = int; _Dp = std::default_delete<int’>]
get(p);^
In file included from /sw/gcc-7.1.0/include/c++/7.1.0/memory:80:0,from test.cpp:1:
/sw/gcc-7.1.0/include/c++/7.1.0/bits/unique_ptr.h:388:7: note: declaredhere
unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;^~~~~~~~~~
test.cpp:2:5: note: initializing argument 1 of ‘int get(std::unique_ptr<int’>)int get(std::unique_ptr<int> p)
^~~
44 / 51
SmartpekareFälla
test.cpp: In function ‘int main’():test.cpp:9:8: error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = int; _Dp = std::default_delete<int’>]
get(p);^
In file included from /sw/gcc-7.1.0/include/c++/7.1.0/memory:80:0,from test.cpp:1:
/sw/gcc-7.1.0/include/c++/7.1.0/bits/unique_ptr.h:388:7: note: declaredhere
unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;^~~~~~~~~~
test.cpp:2:5: note: initializing argument 1 of ‘int get(std::unique_ptr<int’>)int get(std::unique_ptr<int> p)
^~~
44 / 51
SmartpekareFälla
Om du ser detta såförsöker du kopiera en
unique_ptr
45 / 51
SmartpekareMer om unique_ptr
int main(){std::unique_ptr<std::string> p{};// abstrahera bort allokeringenp = std::make_unique<std::string>("hej");// plocka ut en vanlig pekarestd::string* ptr{p.get()};// kom åt medlemmar i det som pekaren pekar påcout << p->size() << endl;
}
46 / 51
Smartpekarestd::make_unique
• Om vi använder std::make_unique snarare än newkommunicerar vi bättre vad som händer i koden
• Det blir tydligt att koden inte kräver en delete om newinte ens förekommer
• Detta tillåter kompilatorn är resonera bättre kring kodenoch kan därför göra eventuella optimeringar som inteannars går
47 / 51
Smartpekareget
• std::unique_ptr::get ska endast användas då vibehöver temporär tillgång till objektet
• den pekare som returneras av get är en icke‐ägandepekare
• detta innebär att du aldrig någonsin ska göra delete påden pekaren
• om du av någon annledning vill avallokera minnet,tilldela nullptr till smartpekaren eller anropa releasefunktionen
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
int main(){> std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};
{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){> std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};
{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{
> std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{
> std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
> std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
> std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};> }
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};> }
}}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
> }}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
> }}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}>}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
5
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}>}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}>}
48 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
int main(){std::shared_ptr<int> ptr1{std::make_shared<int>(5)};{std::shared_ptr<int> ptr2{ptr1};{
std::shared_ptr<int> ptr3{ptr1};}
}}
49 / 51
Smartpekarestd::shared_ptr
• Representerar delat ägarskap
• Minnet avallokeras endast då ingen längre pekar på det
• Kostar mer än std::unique_ptr och vanliga pekare
50 / 51
Smartpekare
Hur hjälper detta oss?
51 / 51
SmartpekareBättre lösning!
class My_Class{public:My_Class(int x, int y);~My_Class() = default;
private:unique_ptr<int> p1;unique_ptr<int> p2;
};
51 / 51
SmartpekareBättre lösning!
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{create(y)}
{ }
51 / 51
SmartpekareBättre lösning!
My_Class::My_Class(int x, int y): p1{create(x)}, p2{create(y)}
{ }
Perfektion!
www.liu.se