index.adoc

Master programming.
Лекция №6 (Обзор STL)

1. Обзор языка

1.1. Основные понятия

• Фундаментальные типы данных

• Примитивные объекты — контейнеры

• Стандартная библиотека шаблонов STL

• Расширенная библиотека — Boost

• Развитие языка — новые стандарты

• Актуальная информация — https://cppreference.com

1.2. Стандартная библиотека шаблонов

link:images/stl.dot[role=include]

2. Структура STL

2.1. Контейнеры

• Последовательные (vector, array, list, string)

• Непоследовательные (list, forward_list, dequeue)

• Ассоциативные (map, set)

• Хеш-контейнеры (unordered_set, unordered_map)

• Адаптеры (stack, priority_queue, queue)

• Span (view) — C++20

• std::initializer_list — список инициализации {1, 2, 3}

2.2. Общие методы контейнеров

• begin/end — возвращают итераторы

• cbegin/cend — константные итераторы (подходят только для чтения)

• rbegin/rend — reverse_iterator (обход совершается с конца)

• erase — удаляет элементы (освобождает место) по итератору

• автоматические расширение контейнера при вставке

• operator[] — индексация

• std::find — для поиска элементов

• size — размер контейнера

• data — получить "сырой" указатель на данные (подходит не для всех)

• front/back == *begin()/*rbegin()

• push/pop/emplace/insert — вставка элементов

• resize — изменение размера

2.3. Итераторы

• Созданы для абстракции контейнера от алгоритма

• 6 видов (тегов) по типам контейнеров:

  • Contigues — непрерывный (указатели)

  • RandomAccess — с произвольным доступом (vector)

  • Bidirectional — есть инкремент и декремент (list)

  • ForwardIterator — есть инкремент (forward_list)

  • Input — чтение, можно пройтись итератором только один раз (istream)

  • Output — запись, можно пройтись итератором только один раз (ostream)

• Могут быть полностью абстрагированы от контейнера

• Потоки ввода/вывода обладают своими итераторами

• Адаптеры (reverse, back_inserter)

2.4. Основные методы итераторов

• std::iterator_traits — класс для получения информации об итераторе (category_tag, value_type, reference, pointer, difference_type)

  • typename std::iterator_traits<Iterator>::value_type — тип значения при разыменовании

• Вся арифметика построена на перегрузке операторов

• operator()` и `operator(int) — префиксная и постфиксаня формы инкремента (декремента)

• operator* — разыменование итератора (получение значения)

• operator+(difference_type) — инкремент (декремент) на произвольное число

• operator[] — индексация в RandomAccess итераторах

• operator== и operator!= — для сравнения итераторов и остановки цикла

• operator= — для поддержки Output итератора

• operator- — для получения расстояния между итераторами

• Операции — advance, distance, next, prev

2.5. Алгоритмы

• Почти все алгоритмы работают с итераторами

• Не модифицирующие последовательные операции (count, find)

• Модификаторы (fill, copy, transform)

• Сортировки (sort, nth_element, partition)

  • Поиск (binary_search, lower_bound)

  • Операции с множествами (merge, includes, set_union)

• Минимумы/максимумы (min, minmax, min_element, clamp)

• Аккумуляторы (iota, accumulate, transform_reduce, partial_sum, inner_product)

• Политики запуска алгоритмов (seq, par, par_unseq)

2.6. Математические расширения

• Общие математические функции — cmath, cstdlib

• Специальные математические функции (cyl_bessel_i, expint, riemann_zeta)

• Complex, valarray

• Аккумуляторы, gcd, lcm

• Псевдослучаные последовательности

  • Псевдогенераторы (mersenne_twister_engine, linear_congruential_engine)

  • Адаптеры генераторов (shuffle_order_engine, discard_block_engine)

  • Недетерменированный генератор (random_device)

  • Функции распределения (uniform_int_distribution, normal_distribution)

• Рациональные числа уровня компиляции (нужно для std::chrono)

• Управление FPE для работы с плавающей точкой

2.7. Потоковый ввод/вывод

• Итераторы (strembuf_iterator, stream_iterator) — InputIterator, OutputIterator

• Потоковые объекты — stringstream

• I/O манипуляторы

• boost::format — самое лучшее от printf

• boost::iostreams — расширенный std::iostream

2.8. Работа с потоками ввода/вывода

• Копирование файла: std::ostream("blabla.txt") << std::ifstream("lala.txt").rdbuf();

• Простейший манипулятор

  std::ostream& endline(std::ostream& s)
  {
      return s << "\n" << std::flush;
  }
  
  std::cout << "Message" << endline;

• Как работает std::hex? Манипуляции с iword и pword потока

• Перегрузка возможна только объекта streambuf, так как только он имеет виртуальные методы

• Вывод вектора и написание своего оператора вывода

  template<class A, class B>
  std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const std::vector<A, B>& v)
  {
      std::copy(v.begin(), v.end(), std::experimental::make_ostream_joiner(stream, ", "));
  }
  
  std::vector a{{7.8, 8.0, 59.9, -9.1, 1.598, 90.35}};
  std::cout << a << std::endl;

2.9. Умные указатели

• Обёртка на new, delete

• Слабые указатели (weak_ptr)

• Совместно используемые указатели (shared_ptr)

• Уникальные указатели (unique_ptr)

• Потокобезопасность — перегрузка оператора →

• Утилиты:

  • enable_shared_from_this

  • Умные указатели поддерживают пользовательские деструкторы

  • Аллокаторы

• Различие delete и delete[] → умные указатели и массивы

2.10. Управление временем

• Библиотека std::chrono

• 3 класса для работы со временем:

  • clocks — замер времени

    • system_clock — системное время

    • steady_clock — монотонное время, никогда не возвращается назад

    • high_resolution_clock — самое точное время

    • utc_clock, file_clock, …​

  • time_point — временная метка

  • duration — разница между временными метками

• Кастование между различными величинами duration

• Календарь и временная зона — C++20

• Строковые константы — 42s, 1min, 2us (C++14)

2.11. Регулярные выражения

• https://ru.wikipedia.org/wiki/Регулярные_выражения

• Библиотека std::regex

• Основные функции:

  • Построение регулярки — конструктор

  • regex_match — соответствие предложения регулярному выражению

  • std::smatch, std::cmatch — объекты совпадения

  • regex_search — поиск регулярного выражения

  • regex_replace — поиск и замена

• Строковые литералы (R"match\t\n" <=> "match\\t\\n")

• Опции и типы регулярок — icase, multiline, ECMAScript, grep, …​

2.12. Атомарные операции

• Сделать тип T атомарным — std::atomic<T>

• Поддержка атомарных операций (fetch_add, exchange)

• Барьеры памяти

• Специальный тип atomic_flag — test_and_set

• Для неатомарных объектов существует гарантия порядка операций std::memory_order

2.13. Потоки

• POSIX интерфейс

• Мьютексы:

  • mutex, timed_mutex, recursive_mutex, shared_mutex

  • Локеры — lock_guard, scoped_lock, unique_lock, shared_lock

• Условные переменные

  • Необходимо иметь синхронизирующий мьютекс

• Асинхронные операции:

  • promise — в него устанавливают результат асинхронно

  • future — объект, который выполнится в неизвестное время

  • async — обёртка над future

• Объект потока std::thread

  • yield, sleep_for

  • join, detach

2.14. Работа с файловой системой

• Отдельное подпространство имён std::filesystem

• Класс path — абстракция пути в файловой системе

• Методы path позволяют модифицировать путь

• Создание директорий, символических ссылок

• Рекурсивный обход директории — recursive_directory_iterator

• Получение информации о файле — file_status

• Получение доступного места на файловой системе — space_info

• Функции для работы с файлами:

  • exists, file_size, absolute, space

  • copy_file, remove

  • rename, resize_file

  • current_path

  • temp_director_path