STL-Container und Laufzeit

Transkript

1 STL-Container und Laufzeit Eine Übersicht Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 1

2 <array> C++11 Array konstanter Länge, die bei der Initalisierung angegeben werden muss STL-Kapselung für klassische C-Arrays Intern als C-Array implementiert, stellt aber die Funktionen der STL zur Verfügung: size(), begin(), array<wstring,20> myarray; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 2

3 <vector> Array variabler Länge, die zur Laufzeit dynamisch angepasst wird Intern als C-Array implementiert, das bei Bedarf durch ein größeres ersetzt wird Fun fact: string und wstring sind als vector impementiert vector<wstring> mywordlist; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 3

4 <list> Doppelt verlinkte Kette von Elementen Wächst dynamisch Einfügen/Entfernen/Sortieren von Elementen sehr effizient Kein direkter Zugriff über Indizes list<wstring> mychainofwords; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 4

5 <deque> Deque steht für Double Ended Queue Dynamisch wachsender Container, der vorne und hinten effizient neue Elemente aufnehmen oder Elemente entfernen kann Da die Elemente im Arbeitsspeicher verteilt sind ist Random Access [i] weniger Effizient als beim ansonsten ähnlichen vector deque<wstring> myqueue; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 5

6 <set> Binärbaum-Implementation der STL (Java: TreeSet) Immer Sortiert Keine duplikaten Elemente Elemente intern immer nach ihrer natürlichen Ordnung >, oder einer mitgelieferten Sortierfunktion sortiert set<wstring> mytreeofuniquewords; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 6

7 <multiset> Funktioniert genau wie das Set Kann duplikate Elemente aufnehmen multiset<wstring> mytreewithmanysimilarleaves; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 7

8 <map> Speichert Key-Value-Paare ab Die Keys sind in einem sortierten Set gespeichert Die Values können über ihren Key angesprochen werden Die Key-Value-Paare werden im speziellen Tupel pair<t1,t2> gespeichert. Um Tupel einzufügen existiert die STL-Hilfsfunktion make_pair(t1 a, T2 b); map<wstring,int> myfreqlist; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 8

9 <multimap> Funktioniert genau wie die Map Kann duplikate Keys aufnehmen multimap<wstring,int> mymultimap; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 9

10 <unordered_set> C++11 STL-Implementation eines Hashes Speichert Elemente anhand eines mit einer Hashfunktion errechneten Zahlenwertes Sehr schnelles Einfügen/Lookup/Entfernen Kann keine duplikaten Elemente speichern Immer unsortiert unordered_set<wstring> myhash; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 10

11 <unordered_map> C++11 Speichert Key-Value-Paare ab Die Keys sind in einem Hash-Set gespeichert Die Values können über ihren Key angesprochen werden Die Key-Value-Paare werden im speziellen Tupel pair<t1,t2> gespeichert. Um Tupel einzufügen existiert die STL-Hilfsfunktion make_pair(t1 a, T2b); unordered_map<wstring,int> myhashmap; Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 11

12 Laufzeit: O-Notation O-Notation gibt das bestcase/durchschnittliche/worst-case Laufzeitverhalten eines Algorithmus an, abhängig von einer oder mehrerer Eingabegrößen Hier ist diese Eingabegröße die Anzahl der Elemente im Container: n Wir betrachten das average-case Laufzeitverhalten Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 12

13 Laufzeit: O-Notation Typische Laufzeitklassen: O(1): Konstante Zeit (unabhängig von n) O(log n) O(n): Laufzeit direkt proportional zu n O(n * log n): Mehr als O(n) aber weniger als O(n²) O(n²) O(n³)... Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 13

14 Laufzeitvergleich Container Insert/Erase Anfang Insert/Erase Ende Insert/Erase Sonst Random Access Array / / O(1) O(1) O(n) O(n*log n) Vector / O(1) O(n) O(1) O(n) O(n*log n) List O(1) O(1) O(1) O(n) O(n) O(n*log n) Deque O(1) O(1) O(n) O(1) O(n) O(n*log n) Set / / O(log n) / O(log n) sorted Unordered Set (Hash) find / / O(1) / O(1) sort never sorted Random Access: Wahlfreier Zugriff, z.b. via [i] Höhere Programmierung / C++ Yannick Kaiser, LMU 14