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Leçon 6 : Structures de données dynamiques

IUP 2 Génie Informatique

Méthode et Outils pour la Programmation

Françoise Greffier

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

Des structures de données classiques

Exemples :

liste, pile, file attente, arbres, graphes ...

Exemples :Une liste d’étudiants, 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

Conteneur

Un conteneur est une classe très générale modélisant une collection d’éléments

de n’importe quel type.

Il existe deux grandes catégories de conteneurs :• les séquences• les conteneurs associatifs

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/

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.

vector<int> 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

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.

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.


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


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

Conteneur pile

Nous étudions dans ce chapitre le conteneur : pile• Spécification• Implantation

Un conteneur est un objet contenant d ’autres objets

Une pile

A une pile sont associées 4 opérations qui la caractérisent

Empiler un composant Dépiler

Consulter(sommet)

Vrai oufaux

Sélecteur vide(état)

Valeur placée ausommet

FINALEMENT :Une pile permet de traiter

des composants dans l ’ordreinverse de leur apparition

La classe pileclass 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 suppriméprivate : … };

Réutilisabilité

On cherche à écrire des objets réutilisables.

On aimerait concevoir une classe qui modélise une pile de portée générale : une pile n’importe quels composants.

==> Concevoir une classe générique

pile<char> Pcar;

pile <personne> Ppersonne;

Facteurs de qualité d ’un logiciel

Réutilisabilité

Possibilité d ’obtenir toutes les occurrences d ’une classe s ’appliquant à différents types, en ne décrivant qu’une seule fois la classe.

Une classe décrit une famille d ’objets :• Cohérente• Lisible• Extensible• Réutilisable

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


private : int taille; X* t;//si implantation dans un tableau de X}; //t est un tableau dynamique

Paramètre génériqueFormel

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 génériqueeffectif

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 <class A, class B>

Les paramètres

template <class X, int max=100>class pile{ public : ...// IC non vide X sommet (void); // Sélecteur => valeur placée au sommet de IC


private : int taille;X T[max]; // si implantation dans un tableau}; // statique

Les paramètres peuvent avoir des valeurs par défaut

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

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 quiutiliseront le modèle min

Le compilateurinstancie une fonctionint min (const int&, const int&)

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 maxLimite de la mémoire statique

==> gestion dynamique


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 l’utilisation de la pile

Utilisation de la pile

void main (void) { pile <char> Pcar(25);

char* ch;ch=new char(26);cout << "\n entrez une chaîne :"; ...}

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 dynamiqueint maximum;};


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


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


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 ’opérateurd ’affectation existe ou est surchargé dans La classe qui correspond au paramètre X.

=> intérêt de la surcharge des opérateurs

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 pilep2 (et inversement)

Surcharge de l’opérateur d’affectation


pile<char> p1;

...

Pour réaliser une vraie copie de pile par affectation, il fautsurcharger l ’opérateur implicite.

A V E C

p1.t

pile<char> p2;

p2=p1;

p2.t

A V E C


template <class X>class pile {public:

pile<X>& operator = (const pile<X>&);// opérateur d ’affectation

Le comportement habituel de l’opérateur = autorise à enchaîner les affectations : p1=p2=p3;=> la fonction retourne une référence et l ’argument est une référence.

p1 = P2 <=> p1.operator = (p2);

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}

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 : Création et initialisation d ’une nouvelle instance

X I2=I1;X I2(I1);

passage d ’un argument par valeur retour d ’une fonction

return (I);// une copie de I est retournée

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 qu’il crée un vrai clône de l ’instance qui le déclenche.

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;

}


Implantation par chaînage de cellules

A NULL

V

E

C P.PtrSommet

A NULL

V

E P.PtrSommet

P.depiler( )


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

59

1


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

1/59+3i

3,1416

Un nombre peut être un entier,un réel, un complexe, un rationnel.

# 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 <X>;private :

X* ptr;cellule<X> * ptrprec;

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<X>* ptrSommet; // pointeur sur la cellule sommet


template <class X>pile<X>::pile (void){ ptrSommet = NULL;}

template <class X>pile<X>:: ~pile(void){ if (ptrSommet != NULL) detruire( );}

template <class X>void pile<X>::detruire (void) {

cellule<X>* p;while (ptrSommet != NULL){

p=ptrSommet->ptrprec;delete (ptrSommet);ptrSommet=p;}

}

constructeur

destructeur


//IC void detruire (void); //détruire toutes les cellules de la pile IC

template <class X>cellule<X>:: ~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

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