Leçon 6 : Structures de données dynamiques IUP 2 Génie Informatique Méthode et Outils pour la Programmation Françoise Greffier.

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2 Leçon 6 : Structures de données dynamiques IUP 2 Génie Informatique Méthode et Outils pour la Programmation Françoise Greffier

3 Structures de données dynamiques Notion de conteneur Généricité Implantation dynamique d une pile surcharge de l opérateur = surcharge du constructeur par copie Implantation : chaînage arrière

4 Des structures de données classiques Exemples : liste, pile, file attente, arbres, graphes... Exemples :Une liste détudiants, de notes, de courses Il existe des algorithmes classiques associées à ces structures de données : parcours, insertion, suppression... La bibliothèque standard (Standard Template Library : STL) fournit au programmeur des classes prédéfinies qui offrent : des structures de données classiques associées à leurs opérations classiques

5 Conteneur Un conteneur est une classe très générale modélisant une collection déléments de nimporte quel type. Il existe deux grandes catégories de conteneurs : les séquences les conteneurs associatifs

6 Les opérations de base y sont incluses : - ajouter un élément (insert) - supprimer un élément (erase) - sélecteur vide? (empty) etc... Les conteneurs modélisants des structures de données classiques (liste, pile, file d attente, graphe …) sont implantées en bibliothèque. Des composants réutilisables http://www.sgi.com/tech/stl/

7 Les séquences On distingue trois séquences : vector (tableau) list (liste) et deque (suite circulaire) Une séquence est un conteneur dans lequel les éléments sont organisés linéairement (il y a un premier, un suivant …, un dernier). Les classes vector, list et deque se distinguent par les opérations d accès et par un compromis entre les coûts des accès, insertions et suppressions.

8 vector v(3); // Declare a vector of 3 elements. v[0] = 7; v[1] = v[0] + 3; v[2] = v[0] + v[1]; // v[0] == 7, v[1] == 10, v[2] == 17 reverse(v.begin(), v.end()); // v[0] == 17, v[1] == 10, v[2] == 7 Les séquences : un exemple Conteneur : vector

9 Les séquences : types abstraits Les classes (conteneur) : - pile : stack - file d attente : queue - file d attente prioritaire : priority_queue A partir des séquences de base, on dérive trois types abstraits : pile, file d attente et file d attente prioritaire.

10 Les conteneurs associatifs Contrairement aux séquences, les conteneurs associatifs peuvent identifier leurs éléments par la valeur d une clé. Cette clé a parfois pour valeur une partie de la valeur de l élément. Ces conteneurs sont particulièrement adaptés dans des applications où l on doit rechercher des éléments connaissant leur clé. Un conteneur associatif offre la possibilité de rechercher rapidement les éléments mémorisés par leur clé.

11 Les conteneurs associatifs Ces conteneurs sont « paramétrés » avec le type de la clé correspondant.. Opérations sur les clés : recherche : find (complexité logarithmique) Comptage selon la clé : count On doit avoir une relation d ordre total sur les clés

12 Les conteneurs associatifs On trouve quatre conteneurs associatifs set : clé = valeur de l élément multiset : set avec occurrences multiples map : élément = (clé,v) multimap : map avec occurrences multiples sur clé Opérations utilisant les clés : recherche : find (complexité logarithmique) Comptage selon la clé : count

13 Conteneur pile Nous étudions dans ce chapitre le conteneur : pile Spécification Implantation Un conteneur est un objet contenant d autres objets

14 Une pile A une pile sont associées 4 opérations qui la caractérisent Empiler un composant Dépiler Consulter (sommet) Vrai ou faux Sélecteur vide (état) Valeur placée au sommet FINALEMENT : Une pile permet de traiter des composants dans l ordre inverse de leur apparition

15 La classe pile class pile{ public : pile(void); // constructeur ~pile(void); // destructeur // IC non vide X& sommet (void); // Sélecteur => valeur placée au sommet de IC bool vide(void); // Sélecteur => (IC vide?) void empiler(const X&); // x est ajouté au sommet de IC // IC non vide void depiler(void); // composant placé au sommet est supprimé private : … };

16 Réutilisabilité On cherche à écrire des objets réutilisables. On aimerait concevoir une classe qui modélise une pile de portée générale : une pile nimporte quels composants. ==> Concevoir une classe générique pile Pcar; pile Ppersonne;

17 Facteurs de qualité d un logiciel Réutilisabilité Possibilité d obtenir toutes les occurrences d une classe s appliquant à différents types, en ne décrivant quune seule fois la classe. Une classe décrit une famille d objets : Cohérente Lisible Extensible Réutilisable

18 template en C++ Le mot clé template permet l écriture de fonctions génériques ou de classes génériques. template <class X> class pile{ public : pile(void); // constructeur void empiler(const X&); // x est ajouté au sommet de IC private : int taille; X* t; //si implantation dans un tableau de X }; //t est un tableau dynamique Paramètre générique Formel

19 void main (void) { pile <char> Pcar; char* ch; ch=new char[20]; cout << "\n entrez une chaîne :"; cin >> ch; int l=length(ch); for (int i=0;i<l;i+=1) Pcar.empiler(ch[i]); //============================== cout << "\n Chaîne inversée :"; while (!Pcar.vide()) { cout << Pcar.sommet(); Pcar.depiler(); } delete [ ] ch; } Utilisation d une classe générique Paramètre générique effectif

20 Le paramètre générique effectif d une classe peut être un identificateur de type prédéfini ou un identificateur de classe. Les paramètres Une classe générique peut avoir plusieurs paramètres. Syntaxe : template

21 Les paramètres template class pile{ public :... // IC non vide X sommet (void); // Sélecteur => valeur placée au sommet de IC void empiler(const X&); // x est ajouté au sommet de IC private : int taille; X T[max]; // si implantation dans un tableau };// statique Les paramètres peuvent avoir des valeurs par défaut

22 void main (void) { pile <char,20> Pcar; //pile de 20 caractères maximum pile <personne> PPersonne; //pile de 100 personnes maximum... } Utilisation d une classe générique

23 template <class X > X min (const X& A,const X& B){ if (A<B) return(A); return (B); } Exemple de fonction générique void main (void){ int i,j,m; cin >> i,j; int m=min <int>(i,j);... } L opérateur < doit être surchargé dans les classes qui utiliseront le modèle min Le compilateur instancie une fonction int min (const int&, const int&)

24 Implantation de la classe pile Implantation dans un tableau statique private : int taille; X T[max]; // si implantation dans un tableau };// statique pbs : Evaluation de max Limite de la mémoire statique ==> gestion dynamique

25 Implantation de la classe pile Implantation dans un tableau dynamique private : int taille; X* t;// si implantation dans int maximum; };// un tableau dynamique Tableau t réservé dans le tas Constructeur avec un paramètre : taille maximum ==> bonne implantation si on peut évaluer la taille maximum à lutilisation de la pile

26 Utilisation de la pile void main (void) { pile <char> Pcar(25); char* ch; ch=new char(26); cout << "\n entrez une chaîne :";... }

27 Implantation de la pile # include <iostream.h> template <class X> class pile { public: pile (int); // constructeur : init taille maxi... ~pile (void); // destructeur private : X* t;// si implantation dans int indexSommet;// un tableau dynamique int maximum; };

28 template <class X> pile<X> :: pile (int max) { t = new X [max]; indexSommet = -1; maximum =max; } template <class X> pile<X> :: ~pile (void) { if (t!=NULL) delete [ ] t; } Constructeur Destructeur

29 Implantation de la pile template <class X> void pile<X> :: depiler(void){ if (!vide())indexSommet -= 1; } template <class X> bool pile<X> :: vide (void){ return (indexSommet == -1); } dépiler Sélecteur : vide

30 Implantation de la pile template <class X> void pile<X> :: empiler(const X& e){ if (indexSommet+1 < maximum) {indexSommet += 1; t[indexSommet] = e; } } empiler Remarque : on suppose que l opérateur d affectation existe ou est surchargé dans La classe qui correspond au paramètre X. => intérêt de la surcharge des opérateurs

31 pile<char> p1;... L opérateur d affectation est une méthode implicite dans toute classe. Par défaut, il réalise une copie des valeurs qui correspondent à la section private de la classe. A V E C p1.t p2.t pile<char> p2; p2=p1; Problème : Toute modification du tableau des caractères empilés dans la pile p1 se répercute dans la pile p2 (et inversement) Surcharge de lopérateur daffectation

32 pile<char> p1;... Pour réaliser une vraie copie de pile par affectation, il faut surcharger l opérateur implicite. A V E C p1.t pile<char> p2; p2=p1; p2.t A V E C

33 Surcharge de lopérateur daffectation template <class X> class pile { public: pile<X>& operator = (const pile<X>&); // opérateur d affectation Le comportement habituel de lopérateur = autorise à enchaîner les affectations : p1=p2=p3; => la fonction retourne une référence et l argument est une référence. p1 = P2 <=> p1.operator = (p2);

34 Implantation template <class X> pile<X>& pile<X> :: operator = (const pile<X>& p) {if (t!=NULL) delete [ ] t; // on nettoie this t=new X [p.maximum]; maximum=p.maximum; for (int i=0; i<maximum;i+=1) t[i]=p.t[i]; indexSommet=p.indexSommet; return (*this); //retourner : une référence sur l objet courant }

35 Le constructeur par copie est une méthode implicite dans toute classe. Surcharge du constructeur par copie Cette méthode est appelée automatiquement dans les opérations suivantes : C réation et initialisation d une nouvelle instance X I2=I1; X I2(I1); p assage d un argument par valeur r etour d une fonction return (I); // une copie de I est retournée

36 Surcharge du constructeur par copie Prototype : class C { public : C (const C&); // constructeur par copie...}; Par défaut, cette méthode implicite réalise une copie des valeurs qui correspondent à la section private de la classe. Si l implantation d un objet est dynamique le constructeur par copie, réalisera par défaut une copie de pointeur. ==> Surcharger cet opérateur afin quil crée un vrai clône de l instance qui le déclenche.

37 Implantation template <class X> pile<X> :: pile (const pile<X>& p) {t=new X [p.maximum]; maximum=p.maximum; for (int i=0; i<maximum;i+=1) t[i]=p.t[i]; indexSommet=p.indexSommet; }

38 Implantation de la classe pile Implantation par chaînage de cellules A NULL V E C P.PtrSommet A NULL V E P.PtrSommet P.depiler( )

39 Implantation de la classe pile Les conteneurs doivent-ils stocker nécessairement des composants ou des pointeurs sur les composants ? Quand le conteneur stocke les composants, et que ceux-ci sont homogènes, alors les données peuvent être recopiées dans la structure. Cette gestion est simplifiée. Exemple : une pile d entiers 8 5 9 1

40 Implantation de la classe pile Quand le conteneur stocke des pointeurs sur les composants : On peut stocker des données non homogènes. On évite les copies multiples des données (intéressant si la taille du composant est importante). La gestion des composants (création, destruction est à la charge du programmeur). Les conteneurs doivent-ils stocker nécessairement des composants ou des pointeurs sur les composants ? Exemple : une pile de nombres 8 1/5 9+3i 3,1416 Un nombre peut être un entier, un réel, un complexe, un rationnel.

41 # include <iostream.h> template <class X> class cellule {public: cellule(X*, cellule< X>*);//constructeur ~cellule (void); //destructeur X composant (void); //sélecteur => valeur du composant }; Classe cellule friend class pile ; private : X* ptr; cellule * ptrprec;

42 template <class X> class pile {public: pile (void); // IC vide est créée pile (const pile<X>&); // Constructeur par copie ~pile (void); // IC est détruite pile<X>& operator=(const pile<X>& P); // IC = P void empiler (const X& a); // a est empilé dans IC //IC non vide void depiler (void); // l'élément placé au sommet de IC est supprimé //IC non vide X& sommet (void); // sélecteur : valeur placée au sommet bool vide(void); //sélecteur : ( IC est vide?) }; Classe pile private : cellule * ptrSommet; // pointeur sur la cellule sommet

43 Implantation de la classe pile template pile ::pile (void) { ptrSommet = NULL; } template pile :: ~pile(void) { if (ptrSommet != NULL) detruire( );} template void pile ::detruire (void) { cellule * p; while (ptrSommet != NULL){ p=ptrSommet->ptrprec; delete (ptrSommet); ptrSommet=p; } } constructeur destructeur

44 Implantation de la classe pile //IC void detruire (void); //détruire toutes les cellules de la pile IC template cellule :: ~cellule (void){ if (ptr!=NULL) delete ptr; } Pour que l espace occupé par les composants pointés dans chaque cellule soit libéré lorsque la fonction détruire est appliquée, il faut que le destructeur de cellule ait cet effet : Chaque fois que l instruction delete est appliquée sur un pointeur de cellule, alors le destructeur de la classe cellule est activé. Libère l espace occupé par le composant pointé par ptr