VECTORES EN C++

INTRODUCCIÓN A VECTORES

Con cadenas, podemos rellenar un objeto string sin saber cuanta memoria se va a necesitar. El problema de introducir líneas de un fichero en objetos string es que se sabe cuántas cadenas habrá - solamente lo sabemos cuando ya hemos leido el fichero entero. Para resolver este problema necesitamos un nuevo tipo de datos que pueda crecer automáticamente para contener las cadenas que le vayamos introduciendo.

De hecho, ¿por qué limitarnos a manejar objetos string? Parece que este tipo de problema - no saber la cantidad de cosas a manejar mientras está escribiendo el problema - ocurre a menudo. Y este objeto «contenedor» podría resultar más útil si pudiera manejar cualquier clase de objeto. Afortunadamente, la Librería Estándar de C++ tiene una solución: las clases contenedor (container). Las clases contenedor son uno de los puntos fuertes del Estándar C++.

A menudo existe un poco de confusión entre los contenedores y los algoritmos en la librería Estándar de C++, y la STL. La Standard Template Library fue el nombre que usó Alex Stepanov(que en aquella época estaba trabajando en Hewlett-Packard) cuando presentó su librería al Comité del Estándar C++ en el encuentro en San Diego, California, en la primavera de 1994. El nombre sobrevivió, especialmente después de que HP decidiera dejarlo disponible para la descarga pública. Posteriormente el comité integró las STL en la Librería Estándar de C++ haciendo un gran número de cambios. 

El desarrollo de las STL continúa en Silicon Graphics (SGI; ver www.sgi.com/Technology/STL). Las SGI STL divergen de la Librería Estándar de C++ en muchos detalles sutiles. Aunque es una creencia ampliamente generalizada, el C++ Estándar no "incluye" las STL. Puede ser confuso debido a que los contenedores y los algoritmos en el C++ Estándar tienen la misma raíz (y a menudo el mismo nombre) que en el SGI STL. En este libro, intentaré decir «la librería Estándar de C++» o «Librería Estándar de contenedores», o algo similar y eludiré usar el término STL.

A pesar de que la implementación de los contenedores y algoritmos de la Librería Estándar de C++ usa algunos conceptos avanzados, que se cubren ampliamente en dos largos capítulos en el segundo volumen de este libro, esta librería también puede ser potente sin saber mucho sobre ella. Es tan útil que el más básico de los contenedores estándar, el vector, se introduce en este capítulo y se usará a lo largo de todo el libro. Verá que puede hacer muchas cosas con el vector y no saber cómo está implementado (de nuevo, uno de los objetivos de la POO). Los programas que usan vector en estos primeros capítulos del libro no son exactamente como los haría un programador experimentado, como comprobará en el volumen 2. Aún así, encontrará que en la mayoría de los casos el uso que se hace es adecuado.

La clase vector es una plantilla, lo que significa que se puede aplicar a tipos de datos diferentes. Es decir, se puede crear un vector de figuras, un vector de gatos, un vector de strings, etc. Básicamente, con una plantilla se puede crear un vector de «cualquier clase». Para decirle al compilador con qué clase trabajará (en este caso que va a manejar el vector), hay que poner el nombre del tipo deseado entre «llaves angulares». Por lo que un vector de string se denota comovector<string>. Con eso, se crea un vector a medida que solamente contendrá objetos string, y recibirá un mensaje de error del compilador si intenta poner otra cosa en él.

Como el vector expresa el concepto de «contenedor», debe existir una manera de meter cosas en él y sacar cosas de él. Para añadir un nuevo elemento al final del vector, se una el métodopush_back(). Recuerde que, como es un método, hay que usar un '.' para invocarlo desde un objeto particular. La razón de que el nombre de la función parezca un poco verboso - push_back() en vez de algo más simple como put - es porque existen otros contenedores y otros métodos para poner nuevos elementos en los contenedores. Por ejemplo, hay un insert() para poner algo en medio de un contenedor. vector la soporta pero su uso es más complicado y no necesitamos explorarla hasta el segundo volumen del libro. También hay un push_front() (que no es parte de vector) para poner cosas al principio. Hay muchas más funciones miembro en vector y muchos más contenedores en la Librería Estándar, pero le sorprenderá ver la de cosas que se pueden hacer con sólo un par de características básicas.

Así que se pueden introducir elementos en un vector con push_back() pero ¿cómo puede sacar esos elementos? La solución es inteligente y elegante: se usa la sobrecarga de operadores para que el vector se parezca a un array. El array (que será descrito de forma más completa en el siguiente capítulo) es un tipo de datos que está disponible prácticamente en cualquier lenguaje de programación por lo que debería estar familiarizado con él. Los arrays son agregados lo que significa que consisten en un número de elementos agrupados. La característica distintiva de un array es que estos elementos tienen el mismo tamaño y están organizados uno junto a otro. Y todavía más importante, que se pueden seleccionar mediante un índice, lo que significa que puede decir: «Quiero el elemento número n» y el elemento será producido, normalmente de forma rápida. A pesar de que existen excepciones en los lenguajes de programación, normalmente se indica la «indexación» mediante corchetes, de tal forma que si se tiene un array a y quiere obtener el quinto elemento, sólo tiene que escribir a[4] (fíjese en que la indexación siempre empieza en cero).

Esta forma compacta y poderosa de notación indexada se ha incorporado al vector mediante la sobrecarga de operadores como el << y el >> de los iostreams. De nuevo, no hay que saber cómo se ha implementado la sobrecarga de operadores - lo dejamos para un capítulo posterior - pero es útil que sea consciente que hay algo de magia detrás de todo esto para conseguir que los corchetes funcionen con el vector.

Con todo esto en mente, ya puede ver un programa que usa la clase vector. Para usar un vector, hay que incluir el fichero de cabecera <vector>:










//: C02:Fillvector.cpp
// Copy an entire file into a vector of string
#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
  vector<string> v;
  ifstream in("Fillvector.cpp");
  string line;
  while(getline(in, line))
    v.push_back(line); // Add the line to the end
  // Add line numbers:
  for(int i = 0; i < v.size(); i++)
    cout << i << ": " << v[i] << endl;
} ///:~

Casi todo este programa es similar al anterior; se abre un fichero abierto y se leen las líneas en objetos string (uno cada vez). Sin embargo, estos objetos string se introducen al final del vector v. Una vez que el bucle while ha terminado, el fichero entero se encuentra en memoria dentro de v.

La siguiente sentencia en el programa es un bucle for. Es parecido a un bucle while aunque añade un control extra. Como en el bucle while, en el for hay una «expresión de control» dentro del paréntesis. Sin embargo, esta expresión está dividida en tres partes: una parte que inicializa, una que comprueba si hay que salir del bucle, y otra que cambia algo, normalmente da un paso en una secuencia de elementos. Este programa muestra el bucle for de la manera más habitual: la parte de inicialización int i = 0 crea un entero i para usarlo como contador y le da el valor inicial de cero. La comprobación consiste en ver si i es menor que el número de elementos del vector v. (Esto se consigue usando la función miembro size() -tamaño- que hay que admitir que tiene un significado obvio) El último trozo, usa el operador de «autoincremento» para aumentar en uno el valor de i. Efectivamente, i++ dice «coge el valor de i añádele uno y guarda el resultado en i». Conclusión: el efecto del bucle for es aumentar la variable i desde cero hasta el tamaño del vectormenos uno. Por cada nuevo valor de i se ejecuta la sentencia del cout, que construye un linea con el valor de i (mágicamente convertida a un array de caracteres por cout), dos puntos, un espacio, la línea del fichero y el carácter de nueva línea que nos proporciona endl. Cuando lo compile y lo ejecute verá el efecto de numeración de líneas del fichero.

Debido a que el operador >> funciona con iostreams, se puede modificar fácilmente el programa anterior para que convierta la entrada en palabras separadas por espacios, en vez de líneas:

//: C02:GetWords.cpp
// Break a file into whitespace-separated words
#include <string>
#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
  vector<string> words;
  ifstream in("GetWords.cpp");
  string word;
  while(in >> word)
    words.push_back(word); 
  for(int i = 0; i < words.size(); i++)
    cout << words[i] << endl;
} ///:~

La expresión:

while (in >> word)

es la que consigue que se lea una «palabra» cada vez, y cuando la expresión se evalúa como «falsa» significa que ha llegado al final del fichero. De acuerdo, delimitar una palabra mediante caracteres en blanco es un poco tosco, pero sirve como ejemplo sencillo. Más tarde, en este libro, verá ejemplos más sofisticados que le permiten dividir la entrada de la forma que quiera.

Para demostrar lo fácil que es usar un vector con cualquier tipo, aquí tiene un ejemplo que crea un vector de enteros

//: C02:Intvector.cpp
// Creating a vector that holds integers
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
  vector<int> v;
  for(int i = 0; i < 10; i++)
    v.push_back(i);
  for(int i = 0; i < v.size(); i++)
    cout << v[i] << ", ";
  cout << endl;
  for(int i = 0; i < v.size(); i++)
    v[i] = v[i] * 10; // Assignment  
  for(int i = 0; i < v.size(); i++)
    cout << v[i] << ", ";
  cout << endl;
} ///:~

Para crear un vector que maneje un tipo diferente basta con poner el tipo entre las llaves angulares (el argumento de las plantillas). Las plantillas y las librerías de plantillas pretenden ofrecer precisamente esta facilidad de uso.

Además este ejemplo demuestra otra característica esencial del vector en la expresión

v[i] = v[i] * 10;

Puede observar que el vector no está limitado a meter cosas y sacarlas. También puede asignar(es decir, cambiar) cualquier elemento del vector mediante el uso de los corchetes. Eso significa que el vector es un objeto útil, flexible y de propósito general para trabajar con colecciones de objetos, y haremos uso de él en los siguientes capítulos.

EJEMPLOS DE VECTORES: