نظرة عامة وفلسفة STL

جزء من قسم البرمجة كائنية التوجه في رحلة C++ على Coddy. الدرس 70 من 104.

إن مكتبة القوالب القياسية (STL) هي مجموعة من الفئات والدوال المستندة إلى القوالب، والتي توفر هياكل بيانات وخوارزميات شائعة. وبُنيت مكتبة STL على مفاهيم القوالب التي تعلمتها، وتجسّد فلسفة تصميم قوية: فصل تخزين البيانات عن معالجة البيانات.

تُنظَّم STL حول ثلاثة مكوّنات أساسية تعمل معًا:

المكوّن	الغرض	أمثلة
الحاويات	تخزّن مجموعات من الكائنات	`vector`، `map`، `set`
Iterators	توفّر وصولًا إلى عناصر الحاوية	Input، الإخراج، الوصول العشوائي
الخوارزميات	تُجري عمليات على data	`sort`، `find`، `transform`

الفكرة الأساسية هي أن الخوارزميات لا تعرف شيئًا عن container مباشرةً - بل تعمل من خلال المكررات. وهذا يعني أن خوارزمية sort واحدة تعمل مع المتجهات والمصفوفات وأي container يوفر نوع المكرر المناسب:

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> nums = {5, 2, 8, 1, 9};
    
    std::sort(nums.begin(), nums.end());
    
    for (int n : nums) {
        std::cout << n << " ";
    }
    // المخرجات: 1 2 5 8 9
}

يعني هذا الفصل أنه يمكنك المزج والمطابقة — استخدم أي algorithm مع أي container متوافق من دون كتابة تعليمات برمجية جديدة. توفّر STL تطبيقات مُحسّنة ومختبرة عمليًا، بحيث يمكنك التركيز على حل المشكلات بدلًا من إعادة اختراع هياكل البيانات الشائعة.

التحدي

سهل

لنَبْنِ نظامًا بسيطًا لمعالجة البيانات يوضّح فلسفة STL القائمة على فصل الحاويات والمكرّرات والخوارزميات. ستنشئ وحدة أدوات تعمل مع مكوّنات STL، وبرنامجًا رئيسيًا يوضّح كيفية تكامل هذه الأجزاء معًا.

ستنشئ ملفين:

DataProcessor.h: عرّف دوال أدوات تعمل مع حاويات STL من خلال المكرّرات، لتوضيح فلسفة تصميم STL.
أنشئ دالة تُسمّى printVector وت接受 std::vector<int>& وتطبع جميع العناصر مفصولة بمسافات، متبوعة بسطر جديد. استخدم المكرّرات (begin() وend()) لاجتياز الحاوية.

أنشئ دالة تُسمّى sortAndPrint وت接受 std::vector<int>&، وترتّبها باستخدام std::sort، ثم تطبع العناصر المرتّبة مفصولة بمسافات، متبوعة بسطر جديد.

أنشئ دالة تُسمّى findElement وت接受 std::vector<int>& وقيمة من النوع int للبحث عنها. استخدم std::find لتحديد موقع العنصر. إذا عُثر عليه، اطبع Found: <value>. وإذا لم يُعثر عليه، اطبع Not found: <value>.

أنشئ دالة تُسمّى getSum وت接受 std::vector<int>& وتُعيد مجموع جميع العناصر. يمكنك استخدام حلقة بسيطة مع المكرّرات لتنفيذ ذلك.
main.cpp: اقرأ المدخلات ووضّح كيفية عمل مكوّنات STL معًا.
اقرأ خمس مدخلات، كل واحدة في سطر منفصل:
1. العدد الصحيح الأول
2. العدد الصحيح الثاني
3. العدد الصحيح الثالث
4. العدد الصحيح الرابع
5. قيمة للبحث عنها
أنشئ std::vector<int> وأضف إليه الأعداد الصحيحة الأربعة الأولى. ثم وضّح فلسفة STL من خلال:
1. طباعة Original: متبوعة باستدعاء printVector
2. طباعة Sorted: متبوعة باستدعاء sortAndPrint
3. استدعاء findElement باستخدام قيمة البحث
4. طباعة Sum: <result> باستخدام getSum

على سبيل المثال، عند استخدام المدخلات 5 و2 و8 و1 و8:

Original: 5 2 8 1 
Sorted: 1 2 5 8 
Found: 8
Sum: 16

وعند استخدام المدخلات 10 و30 و20 و40 و15:

Original: 10 30 20 40 
Sorted: 10 20 30 40 
Not found: 15
Sum: 100

لاحظ كيف تعمل دوالك مع المتجه من خلال المكرّرات، وكيف تعمل كلٌّ من std::sort وstd::find على أي حاوية توفّر نوع المكرّر المناسب. هذه هي قوة تصميم STL: فالخوارزميات منفصلة عن الحاويات، ولا تتصل بها إلا من خلال المكرّرات.

جرّب بنفسك

#include <iostream>
#include <vector>
#include "DataProcessor.h"

using namespace std;

int main() {
    // اقرأ خمسة أعداد صحيحة من الإدخال
    int num1, num2, num3, num4, searchValue;
    cin >> num1;
    cin >> num2;
    cin >> num3;
    cin >> num4;
    cin >> searchValue;
    
    // TODO: أنشئ vector وأضف الأعداد الصحيحة الأربعة الأولى إليه
    
    // TODO: اطبع "Original: " واستدعِ printVector
    
    // TODO: اطبع "Sorted: " واستدعِ sortAndPrint
    
    // TODO: استدعِ findElement مع قيمة البحث
    
    // TODO: اطبع "Sum: " متبوعًا بنتيجة getSum
    
    return 0;
}