K URS JĘZYKA C++ – WYKŁAD 14 ( ) Narzędzia programistyczne w STL

S PIS TREŚCI Współczynniki wymierne Liczby losowe Pomiar czasu Wyrażenia regularne Lokalizacje

W SPÓŁCZYNNIKI WYMIERNE W pliku nagłówkowym jest zdefiniowany szablon do tworzenia współczynnika wymiernego, w którym licznik i mianownik jest przekazany poprzez argumenty szablonu. Mianownik zawsze musi być niezerowy. Definicja tego szablonu przypomina liczbę wymierną: template class ratio { public: typedef ratio type; static constexpr intmax_t num; static constexpr intmax_t den; //… }; Licznik num i mianownik den są automatycznie redukowane do minimalnych wartości (mianownik będzie dodatni).

W SPÓŁCZYNNIKI WYMIERNE typedef ratio FiveThirds; cout << FiveThirds::num << "/" << FiveThirds::den << endl; // 5/3 ratio one; cout << one.num << "/" << one.den << endl; // 1/1 ratio zero; cout << zero.num << "/" << zero.den << endl; // 0/1 typedef ratio Neg; cout << Neg::num << "/" << Neg::den << endl; // -7/3

W SPÓŁCZYNNIKI WYMIERNE Obliczenia na współczynnikach można wykonywać w trakcie kompilacji za pomocą następujących szablonów: ratio_add, ratio_subtract, ratio_multiply i ratio_divide (operacje arytmetyczne) oraz ratio_equal, ratio_not_equal, ratio_less, ratio_less_equal, ratio_greater i ratio_greater_equal (porównania). Przykład: ratio_add,ratio >::type ratio_equal,ratio >::value Istnieje też wiele predefiniowanych jednostek ratio<> : pico, nano, micro, milli, centi, deci, deca, hecto, kilo, mega, giga, tera, itd.

L ICZBY LOSOWE Narzędzia do generowania liczb losowych są zdefiniowane w pliku nagłówkowym. Do generowania liczb pseudolosowych używane są różne silniki pseudolosowe i różne rozkłady. Generatory liczb losowych posiadają wewnętrzny stan i funkcję, która oblicza rezultat i wysterowuje generator do następnego stanu – te dwie charakterystyki stanowią silnik generatora. Innym bardzo ważnym mechanizmem są rozkłady wyników – przedział i gęstość zmiennej losowej.

L ICZBY LOSOWE W STL zdefiniowano kilka szablonów silników do generowania liczb pseudolosowych: szablon linear_congruential_engine<> – niska jakość (wielkość stanu to 1 x sizeof(TYPE)), szablon subtract_with_carry_engine<> – średnia jakość (wielkość stanu to 25 x sizeof(TYPE)), szablon mersenne_twister_engine<> – wysoka jakość (wielkość stanu to 624 x sizeof(TYPE)) Adaptery szablonów silników pseudolosowych: … Wewnętrzny stan silnika pseudolosowego jest określony przez ziarno.

L ICZBY LOSOWE Rozkłady liczb pseudolosowych: …...

LICZBY LOSOWE Przykład utworzenia silnika pseudolosowego: std::default_random_engine dre; Przykład wykorzystania silnika pseudolosowego do wygenerowania liczby całkowitej z określonego zakresu z rozkładem jednostajnym: std::uniform_int_distribution di(0,9); int x = di(dre); Przykład wykorzystania silnika pseudolosowego do wygenerowania liczby rzeczywistej z określonego zakresu z rozkładem jednostajnym: std::uniform_real_distribution dr(1,2); double y = dr(dre);

L ICZBY LOSOWE

P OMIAR CZASU Biblioteka standardowa wprowadza narzędzia pomocne w pomiarze czasu – są one zdefiniowane w pliku nagłówkowym w przestrzeni nazw std::chrono. Podstawowe pojęcia: przedział czasowy (ang. duration) – określona liczba tyknięć w zadanej jednostce czasowej, na przykład: 3 minuty – 3 tyknięcia minut sekund – 1 doba liczona w tyknięciach sekund punkt czasowy (ang. timepoint) – odległość czasowa od pewnego ustalonego punku początkowego epoki, na przykład: New Year’s Midnight 2000 – jest to sekund od początku epoki unixowej (od 1 stycznia 1970 r) epoka (ang. epoch) – punkt bieżący zegara.

P OMIAR CZASU

Przedział czasowy reprezentowany przez szablon std::chrono::duration<> jest liczbą określonych jednostek czasowych (mierzonych w sekundach). Przykłady: std::chrono::duration twentySeconds(20); std::chrono::duration > halfAMinute(0.5); std::chrono::duration > oneMillisecond(1); W bibliotece standardowej zdefiniowano następujące typy przedziałów czasowych: nanoseconds, microseconds, milliseconds, seconds, minutes i hours. Przykłady: std::chrono::seconds twentySeconds(20); std::chrono::hours aDay(24);

P OMIAR CZASU Przedziały czasowe możemy porównywać, dodawać, odejmować, mnożyć i dzielić przez współczynniki oraz inkrementować i dekrementować o określoną jednostkę. Przykład: chrono::duration > d1(1); // 1/3 sekundy chrono::duration > d2(1); // 1/5 sekundy d1 + d2 /* 8 jednostek z 1/15 sekundy */ d1 < d2 /* false */

P OMIAR CZASU Zegar definiuje epokę i długość tyknięcia zegara. W bibliotece standardowej zdefiniowane są trzy zegary: system_clock (z funkcjami to_time_t() oraz from_time_t() ), steady_clock (nigdy nie korygowany) i high_resolution_clock (dokładny zegar systemowy). Bieżący czas można uzyskać za pomocą metody now() : auto system_start = chrono::system_clock::now(); Sprawdzenie czy upłynęła co najmniej minuta do startu: if (system_clock::now() > system_start + minutes(1))

P OMIAR CZASU Punkt czasowy jest reprezentowany przez obiekt time_point. Pomiaru czasu można dokonać za pomocą punktów czasowych: auto t = steady_clock::now(); //... do something... auto d = steady_clock::now()−t; Konwersja punktu czasowego do postaci kalendarzowej: std::string asString (const std::chrono::system_clock::time_point &tp) { // convert to system time: std::time_t t = std::chrono::system_clock::to_time_t(tp); std::string ts = std::ctime(&t); // convert to calendar time ts.resize(ts.size()-1); // skip trailing newline return ts; }