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![コードはこんな感じ
#include <iostream>
#include <vector> // vectorを使うために
int main(void){
std::vector<int> hoge(3); // 要素数3のvector
// ここでは数値を使ってループしている
// 「イテレータ」を使う方法もある（あとで説明します）
for(size_t i = 0; i < hoge.size(); ++i){
hoge[i] = i * i;
}
// (以下略)
}](https://image.slidesharecdn.com/stloverview-140830014840-phpapp01/75/C-STL-Ohotech-10-2014-8-30-39-2048.jpg)
![コンテナ型(6): array
普通の固定長配列(a[10]など)に便利な
機能を追加したもの。C++11で新規導入
コンテナ型(7): bitset
固定長のビット列。いわゆる「フラグ」
可変長の場合はvector<bool>を使うなどの
対応が必要](https://image.slidesharecdn.com/stloverview-140830014840-phpapp01/75/C-STL-Ohotech-10-2014-8-30-70-2048.jpg)
![連想配列
ふつうの配列と違って
好きな型の値で要素を参照できる
Rubyだと「ハッシュ」とか、Pythonだと「辞書」とか呼ばれる
std::map<std::string, int>
attendee = {{"Kitami", 8}, {"Sapporo", 5}};
std::cout << attendee["Sapporo"] << std::endl;
std::cout << attendee["Kitami"] << std::endl;
++attendee["Kitami"];
std::cout << attendee["Sapporo"] << std::endl;
std::cout << attendee["Kitami"] << std::endl;](https://image.slidesharecdn.com/stloverview-140830014840-phpapp01/75/C-STL-Ohotech-10-2014-8-30-81-2048.jpg)
{ return x % 2 == 0; });](https://image.slidesharecdn.com/stloverview-140830014840-phpapp01/75/C-STL-Ohotech-10-2014-8-30-97-2048.jpg)
Uploaded byHiro H.
C++のSTLのコンテナ型を概観する @ Ohotech 特盛 #10（2014.8.30）
Ohotech 特盛 #10（2014.8.30）にて http://ohotech.connpass.com/event/7517/
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C++のSTLのコンテナ型を概観する @ Ohotech 特盛 #10（2014.8.30）
- 1. Ohotech 特盛 #10（2014.8.30） C++のSTLの コンテナ型を概観する H.Hiro @ Sapporo.cpp Twitter: @h_hiro_ http://hhiro.net/about/
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- 3. H.Hiro ●情報系の研究員 やってます (2014年3月まで大学院生でした) ●趣味でもプログラム書いてます ●C++とかRubyとか他にも何でも
- 4.
- 5. 最近の勉強会発表 "コンピュータに「最長しりとり」「最短距離でのJR線全線乗り尽くし」を 解いてもらった方法"@ FuraIT #3 (2014.8.23) http://www.slideshare.net/maraigue/graph-andlgpk
- 6.
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- 9. 1. 汎用的なデータ構造は C++だと"STL"として 提供されるということ
- 10. 2. どんなデータ構造を どんな場合に使えば よいかの感覚
- 11.
- 12.
- 13.
- 14. 1)STLとは 2)「データ構造」を考える理由 3)STLのコンテナ型と それぞれの特徴 4)STLを使うと便利なこと
- 15.
- 16. STLとは ●Standard TemplateLibraryの略 ●汎用的、かつ型に依存しない データ構造や処理(アルゴリズム) を提供する
- 17. STLとは ●Standard TemplateLibraryの略 ●汎用的、かつ型に依存しない データ構造や処理(アルゴリズム) を提供する
- 18. Template(テンプレート)とは ●コンパイル時に有効になる クラスや関数に対するパラメータ ●型によらない機能を提供するのが 代表的な用法 template <class TYPE> TYPE max(const TYPE & v1, const TYPE & v2){ return(v1 > v2 ? v1 : v2); } max(1.0, 3.0); // TYPEはfloatとみなされる max(1, 5); // TYPEはintとみなされる max<int>(1, 5); // 型を明示してもよい
- 19. STLの例 #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> int main(void){ // 「intのvector」「doubleのvector」を作る // (あとで説明しますが、可変長配列です) std::vector<int> hoge = {3, 1, 4}; std::vector<double> piyo = {5.6, 1.2, 3.4}; // int/doubleの型によらず、同じ記法でソート(並べ替え)できる std::sort(hoge.begin(), hoge.end()); std::sort(piyo.begin(), piyo.end()); }
- 20. ●汎用的に利用されるデータ構造や アルゴリズムを自前で作るのは ミス・バグの原因にもなる ●STLが提供する機能の特性を 理解したうえで、先人の力を借りよう ●複数人で開発するときとかは特に。 (標準ライブラリなので何かと便利！)
- 21.
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- 24. RPGを例に考えてみると ●パーティーの編成 （例えば「4人まで」とする） ●現在プレイヤーが持っている アイテムの一覧 ●マップ上の地形
- 25. パーティーの編成 （例えば「4人まで」とする） →配列があればよい サイズも固定でよい 職業：勇者、HP：120、… 職業：魔法使い、HP：95、… 職業：格闘家、HP：135、… 職業：僧侶、HP：110、…
- 26. 現在プレイヤーが持っている アイテムの一覧 →「どのアイテムを何個持って いるか」という表 では表をどう作る？ 構造体の配列にする ほかの方法もある アイテム名個数 薬草10 魔法石2 お守り3 ： ：
- 27. マップ上の地形 →表があればよい （マス目状の配置であれば） →線の一覧を格納する （マップが自由に描ける場合） 3Dだともっと面倒
- 28. いろんな データ構造を 考えないと ならない
- 29.
- 30. 適切なデータ構造を 選ばないと 処理が遅くなったり メモリを過剰に 消費したりする
- 31. データ構造 自体はSTLが 面倒見て くれるけど
- 32.
- 33. この先では STLの型について そういった話を していきます
- 34.
- 35.
- 36. コンテナ型(1): vector 可変長配列 (あとで要素数を変えられる) vector<int> hoge = {3, 1, 4}; hoge.push_back(7); hoge.pop_front(); 3 1 4 3 1 4 7 1 4 7
- 37. std::vector<int> hoge; //↑int型の要素を // 格納するvector std::vector<std::string> piyo; // ↑string型(文字列型)の要素を // 格納するvector
- 38. 補足 vector<int> hoge= {3, 1, 4}; ↑こういう書き方は、 配列ではもともとできましたが、 vector(やその他のクラス)で使うには 比較的新しいコンパイラが必要です。 （現時点での最新のC++規格 「C++11」で新規に規格化）
- 39. コードはこんな感じ #include <iostream> #include <vector> // vectorを使うために int main(void){ std::vector<int> hoge(3); // 要素数3のvector // ここでは数値を使ってループしている // 「イテレータ」を使う方法もある（あとで説明します） for(size_t i = 0; i < hoge.size(); ++i){ hoge[i] = i * i; } // (以下略) }
- 40. vectorの特性(1) ●k番目の要素を取得（ランダムアクセス） →即座に完了。 vectorはメモリ上に等間隔で要素を 並べて保持しているので(配列と同じ) メモリ上のその場所にアクセスするだけ。 3 1 4 7
- 41. vectorの特性(2) ●要素を1つ挿入する →大きく時間がかかる場合がある。 →もともと配列にあった要素をずらさないと ならない。 3 1 4 2番目に「5」を追加 3 5 1 4
- 42. vectorの特性(2) ●要素を1つ挿入する →大きく時間がかかる場合がある。 →もともと配列にあった要素をずらさないと ならない。 →場合によっては、要素のメモリ上の 置き場所をまるごとずらす必要がある。 3 1 4 1 5 9 2 ↑二つのvectorが隣接したメモリ領域に格納されている。 ここで、「3 1 4」のほうを長くしようとすると？
- 43. vectorの特性(3) ●要素を1つ削除する →挿入と同じ理屈で、 大きく時間がかかる場合がある。 3 5 1 4 「5」を削除→「1」「4」はずらす 3 1 4
- 44. vectorの特性(4) ●メモリの消費量 →少ない。 変数を格納する領域＋ポインタ変数2つ (領域の起点＆領域のサイズ) 3 1 4 7
- 45. ここまでのまとめ： vectorの利点 ●ランダムアクセスは速い ●メモリもそこまで食わない vectorの欠点 ●挿入・削除は遅い (最悪でvectorのサイズに比例)
- 46. vectorの欠点 ●挿入・削除は遅い (最悪でvectorのサイズに比例) ↑これに対処してみる。
- 47. コンテナ型(2): list 双方向連結リスト 要素の値 3 次の要素 前の要素 要素の値 1 次の要素 前の要素 要素の値 4 次の要素 前の要素 C++11ではforward_list (一方向連結リスト)もある
- 48. listの特性(1) ●要素を1つ挿入する・削除する →ポインタを付け替えるだけでよいので 高速（ただし、挿入/削除する要素の ありかが事前にわかっている場合） 3 1 4 5
- 49. listの特性(1) ●要素を1つ挿入する・削除する →ポインタを付け替えるだけでよいので 高速（ただし、挿入/削除する要素の ありかが事前にわかっている場合） 3 1 4 5
- 50. listの特性(2) ●k番目の要素を取得(ランダムアクセス) →k回ポインタを辿る必要がある。 vectorに比べると非常に遅い 要素の値 3 次の要素 前の要素 要素の値 1 次の要素 前の要素 要素の値 4 次の要素 前の要素
- 51. listの特性(3) ●メモリの消費量 →vectorに比べると多い。 格納する1要素につき、ポインタ変数 2つぶんの領域が追加で必要になる。 (forward_listの場合は1つ) 要素の値 3 次の要素 前の要素 要素の値 1 次の要素 前の要素 要素の値 4 次の要素 前の要素
- 52. ここまでをまとめると ●vector：「k番目の要素を取得」という操作 (ランダムアクセス)が多いときに有利 ●list：要素の挿入・削除が多いときに有利
- 53.
- 54.
- 55.
- 56. 検索問題 std::vector<int> hoge= {3, 1, 4}; hogeの中に「2」があるか調べるには？
- 57. 検索問題 std::vector<int> hoge= {3, 1, 4}; hogeの中に「2」があるか調べるには？ →先頭から順に見る。 hogeの要素数が増えると当然遅くなる。 →std::list<int>だったとしても同じ。
- 58. vectorだろうが listだろうが 検索は 時間がかかる
- 59.
- 60.
- 61. コンテナ型(3): set ●集合(要素を重複なく格納) ●「ある要素が存在するか否か」を 比較的高速に判定可能 std::set<int> hoge = {3, 1, 4}; std::set<int>::iterator it = hoge.find(6);
- 62. コンテナ型(3): set ●multiset(要素を重複ありで格納) もある ●C++11では、unordered_set・ unordered_multiset (内部実装が異なる)もある set：二分木 unordered_set：ハッシュテーブル
- 63. setの特性(1) ●ある要素が存在するか調べる →setならlogn に比例する程度の時間。 (n: すでに入っている要素数) →unordered_setなら、nにほぼ依存しない 時間で済む上、setよりも省メモリ。 ただしC++11対応環境が必要。
- 64. setの特性(2) ●検索が高速になるように、 要素は内部で勝手に並び替えられている。 ●なので、順番を維持したいときは 別途対策を考える必要がある。 ●setは要素の大小順、unordered_setは ハッシュ関数(詳細略)の値の順で並ぶ
- 65. ここまでをまとめると 型 計算時間(n：格納された要素数) 任意の 順序での 要素格納 ランダム アクセス 要素の 挿入・削除 要素の検索 vector 速い O(1)時間 遅い O(n)時間 遅い O(n)時間 可能 list forward_list 遅い O(n)時間 速い O(1)時間 遅い O(n)時間 可能 set unordered_set など できない (そもそも、 自由に並べ られない) 速い O(1)～O(logn) 時間 速い O(1)～O(logn) 時間 不能
- 66. ここまで説明したもの vector, list,forward_list#, set, multiset, unordered_set#, unordered_multiset# #：C++11で新規導入
- 67.
- 68. コンテナ型(4): deque ●固定サイズの配列を可変個繋いでいる ●先頭か末尾であれば挿入・削除が高速 (それ以外はvectorと同じで低速) ●listよりメモリを使わないので、挿入・削除が 先頭か末尾中心であるときに有効 ●ランダムアクセスも可能 3 1 4 1 5 9 2 6 5 3 5 8 9 7 9 3 2 3 8 4 6 2 6 4 3 3 8
- 69. コンテナ型(5): priority_queue ●入れた要素を大きさの順にしか取り出せない ●その代わり、取り出しは高速で 要素の挿入も比較的高速
- 70. コンテナ型(6): array 普通の固定長配列(a[10]など)に便利な 機能を追加したもの。C++11で新規導入 コンテナ型(7): bitset 固定長のビット列。いわゆる「フラグ」 可変長の場合はvector<bool>を使うなどの 対応が必要
- 71. コンテナ型(8): stack 「スタック」。割愛します コンテナ型(9): queue 「キュー」。割愛します
- 72. ここまで説明したもの vector, list,forward_list#, set, multiset, unordered_set#, unordered_multiset#, deque, priority_queue, array#, bitset, stack, queue #：C++11で新規導入
- 73.
- 74.
- 75. 状況おすすめ 要素数が少ない vector ランダムアクセスする機会が多い 計算時間よりもメモリ消費を抑えたいvector/deque 要素の挿入・削除を する機会が多い 先頭・末尾が中心deque 途中にもlist/forward_list 要素の検索をする 機会が多い 重複した要素の 格納は不要 set/unordered_set 重複した要素の 格納も必要 multiset/ unordered_multiset ※priority_queue, array, bitset, stack, queueは割愛
- 76.
- 77.
- 78. Part 2は そんなに長く ないです
- 79.
- 80.
- 81. 連想配列 ふつうの配列と違って 好きな型の値で要素を参照できる Rubyだと「ハッシュ」とか、Pythonだと「辞書」とか呼ばれる std::map<std::string, int> attendee = {{"Kitami", 8}, {"Sapporo", 5}}; std::cout << attendee["Sapporo"] << std::endl; std::cout << attendee["Kitami"] << std::endl; ++attendee["Kitami"]; std::cout << attendee["Sapporo"] << std::endl; std::cout << attendee["Kitami"] << std::endl;
- 82. std::map<int, double> hoge; // ↑int型の値を指定して // double型の値を設定/取得する std::map<std::string, int> piyo; // ↑string型(文字列型)の値を // 指定して // int型の値を設定/取得する
- 83. さっきまでとの違い 当然だが、型を2つ指定する必要 std::vector<int>hoge; // ↑指定する型はintだけ std::map<std::string, int> piyo; // ↑指定する型はstringとint
- 84. STLの連想配列型 ●map ●unordered_map ●multimap ●unordered_multimap
- 85. 使い分け ●"unordered"の有無 →実装の違い(setと同様) C++11前提でよいならunordered優先で ●"multi"の有無 →重複を許すか否か(setと同様)
- 86. ここまで説明したもの vector, list,forward_list#, set, multiset, unordered_set#, unordered_multiset#, deque, priority_queue, array#, bitset, stack, queue, map, multimap, unordered_map#, unordered_multimap# #：C++11で新規導入
- 87. STLの コンテナ型は これで全部 (おそらく)
- 88.
- 89.
- 90. 再掲 // 「intのvector」「doubleのvector」を作る std::vector<int> hoge = {3, 1, 4}; std::vector<double> piyo = {5.6, 1.2, 3.4}; // intでもdoubleでも同じ記法でソート(並べ替え)できる std::sort(hoge.begin(), hoge.end()); std::sort(piyo.begin(), piyo.end()); 型が違っても同じコードが使える
- 91. それだけじゃない // 「intのvector」「intのdeque」を作る std::vector<int> hoge = {3, 1, 4}; std::deque<int> piyo = {3, 1, 4}; // vectorでもlistでも同じ記法でソート(並べ替え)できる std::sort(hoge.begin(), hoge.end()); std::sort(piyo.begin(), piyo.end()); コンテナ型の方が違っていてもよい！
- 92. STLには、このような コンテナ型を問わない APIが大量に用意されている ↓ コードの使い回しが容易 型の切り替えが容易
- 93. イテレータ ●「要素の列挙」を抽象化したもの ●例えば「次の要素を得る」ことは vectorなら「ポインタをインクリメント」 listなら「別途格納された次のポインタへ」 ●このおかげで様々な汎用性が得られている 3 1 4 7
- 94. イテレータ ●「要素の列挙」を抽象化したもの ●例えば「次の要素を得る」ことは vectorなら「ポインタをインクリメント」 listなら「別途格納された次のポインタへ」 ●このおかげで様々な汎用性が得られている 要素の値 3 次の要素 前の要素 要素の値 1 次の要素 前の要素 要素の値 4 次の要素 前の要素
- 95. イテレータ 要素を単純に列挙するコード std::vector<int>hoge = {3, 1, 4}; for(std::vector<int>::iterator it = hoge.begin(); it != hoge.end(); ++it){ // イテレータはポインタ同様、*で値に変換できる std::cout << *it << std::endl; } ※補足：hoge.end()は「最終要素の次」、 すなわち「ダミーの無効な要素」を表す
- 96. イテレータ 要素を単純に列挙するコード std::list<int>hoge = {3, 1, 4}; for(std::list<int>::iterator it = hoge.begin(); it != hoge.end(); ++it){ // イテレータはポインタ同様、*で値に変換できる std::cout << *it << std::endl; } vectorでもlistでもコードはほぼ同じ！
- 97. アルゴリズム ●#include <algorithm>すると いろんなアルゴリズムが利用可能に ●検索、並び替え、コピーなど ●パラメータとしてイテレータを渡すことが多い std::vector<int> hoge = {3, 1, 4}; // 偶数である最初の要素を返す std::vector<int>::iterator search_result = std::find_if(hoge.begin(), hoge.end(), [](int x){ return x % 2 == 0; });
- 98.
- 99. STLの便利なところ ●基本的なデータ構造なら 自分でわざわざ作らなくてよい ●アルゴリズムも然り ●標準ライブラリなので環境依存も小さい ●新しめのコンパイラ(C++11対応)を 使うとさらに便利に
- 100. STLの注意点 ●データ構造の選択はプログラマーの判断 ●今回割愛した話 ●イテレータを1つ進めるのが速い型、遅い型 (※unorderedでないset、mapは遅い) ●イテレータを外部に保存してよい型、 保存に注意を要する型 (※注意を要する型 ＝vector、deque、unordered_*)
- 101. Ohotech 特盛 #10（2014.8.30） C++のSTLの コンテナ型を概観する 終わり