プログラミング・演習II
第 10 回
オブジェクトの拡張
BinaryTree
総称
アクセス制御
双方向リストとpriorityQueue
Event
田向
前回までのデータ構造
スタック
First In Last Out (FILO)
キュー
First In First Out (FIFO)
メンバ関数は共通
push(char ch), pop();
メンバ変数は,スタックは現在位置を表す変数
キューは,push, popの位置を表す二つの変数
2進木: binaryTreeNode
class BinaryTreeNode {
BinaryTreeNode *left ,*right;
int value;
public:
BinaryTreeNode(int newValue)
{left = right = 0; value = newValue; }
~BinaryTreeNode() {…} //???
};
2進木:binaryTreeNode使い方
ノードをキー(値)で並べる.
新しいノードをN,
ツリー内の現在のノードをCとする.
1.Cをツリーの根とする.
2.Cが空でないとき
– キー(N) < キー(C)ならCを左部分
木に設定.
– キー(N) > キー(C)ならCを右部分
木に設定.
– キー(N) = キー(C)ならエラー
3.位置CにNを挿入する.
2進木: binaryTreeNode
12
(新値)
8
20
2
1
13
3
9
21
15
12
class BinaryTreeNode {
BinaryTreeNode *left ,*right;
int value;
public:
BinaryTreeNode(int newValue)
{left = right = 0; value = newValue; }
~BinaryTreeNode() {…} //???
};
12
(新値)
8
20
2
1
13
3
9
21
15
12
1.
2.
3.
4.
5.
12< (8): false: cur->right≠0: move to right
12<(20): true : cur->left≠0 :move to left
12<(13): true : cur->left≠0 :move to left
12< (9): false: cur->right = 0 :
set at right of (9)
問題
1.以下に示す10個の数字を,示された
順番で2分木へ格納しなさい
6, 4, 3, 9, 0, 1, 2, 5, 7, 8
2.上記ルールで作成した2分木を使い,
入力したデータを昇順に読み出せること
を確認せよ
binaryTreeNode
Class BinaryTree {
BinaryTreeNode * root;
Public:
BinaryTree ( ){ root = 0; }
~BinaryTree( );
int insert(int value);
int lookup(int value);
};
int BinaryTree::lookup(int value){
BinaryTreeNode * cur = root;
while(cur){
if (cur->value == value) return 1;
else if ( cur->value <value)
cur = cur->left;
else
cur = cur ->right;
}
reuturn 0;
}
binaryTreeNode
Class BinaryTree {
BinaryTreeNode * root;
Public:
BinaryTree ( ){ root = 0; }
~BinaryTree( );
int insert(int value);
int lookup(int value);
};
int BinaryTree::lookup(int value){
BinaryTreeNode * cur = root;
while(cur){
if (cur->value == value) return 1;
else if (value < cur-> value)
cur = cur->left;
else
cur = cur ->right;
}
return 0;
}
2進木::insert
int BinaryTree::insert(int value){
BinaryTreeNode *cur = root;
if(cur==0){ // recursive call の終端処理
root = new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
for(;;){
if(cur->value == value) return 0; //既にある.
else if(value < cur->value){
/*辿る先があれば,辿る.*/
if(cur->left){ cur = cur->left;
continue; } //for の最初から再実行
//行き止まりなので,そこにノードを作る.
cur->left=new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
else{ if(cur->right){ cur=cur->right;
continue;}
//行き止まりなので,そこにノードを作る.
}
cur->right=new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
}
2進木の総称化
• BinararyTreeNode には整数値(int value)しか入
れられない.
• 用途毎にcodeを書き換えなければ,ならない.
• 解決法:クラスを総称クラスに変える.
– オブジェクト自体ではなく,オブジェクトへのポ
インターを保持する.
class BinaryTreeNode {
BinaryTreeNode *left ,*right;
void * value;
public:
BinaryTreeNode(void* newValue)
{left = right = 0; value = newValue; }
~BinaryTreeNode() { }
};
– 未知の型のオブジェクトへのポインター
– ふたつのオブジェクトを比較するすべがない.
比較関数
• 2進木に入れる物の比較を専用に用意する.
• 関数へのポインタを取る.
– 関数にも(先頭)アドレスがあるから.
int (*function)(int , int );
引数が二つで,intの帰り値をとる関数へのポインタ
//typedef で関数ポインタ comparisonFunction を定義.
typedef int (*ComparisonFunction) (void *, void *);
class BinaryTree {
BinaryTreeNode *root;
ComparisonFunction _compare;
public:
BinaryTree(ComparisonFunction compare)
{root = 0; _compare = compare; }
~BinaryTreeNode() { }
virtual void *insert(void *value);
virtual int remove(int value);
void *lookup(void *value);
};
例1
• Btnodeに入れる物: 文字列
• 二つの文字列を比較する関数を定義.
// 引数が二つで返り値がintの関数
int CompareString(void* v1, void* v2)
{
char *s1 = (char*) v1, *s2=(char*)v2;
return strcmp(s1,s2);
}
• Btree を作るときに,この比較関数を指定す
る. → そのアドレスを渡す.
main(){
BinaryTree bt(CompareString);
}
※復習:C言語で出たstdlib.hのqsort()の利用
方法と同じ
例2
• 作ったWindow画面をBinaryTree に入れる.
//画面
class myWindow : public window {
coord crdxyZ;
int width, height;
int winID;
…..
}
int CompareWindows( void* w1, void *w2)
{ coord* c1=w1->crdxyZ, c2=w2->crdxyZ;
return c1->z < c2->z;
}
• zの値でwindowsの重なり具合を決定するコードが
かける.
• 総称の機能を,もっと,組織的に綺麗に
強力にやりたい.
どうする?
Templateの書式
Complex,coordinateのところを変数Tのようにしたい.
template <class T>
class array {
T *p;
int size;
public:
array(){ p = new T[10]; if(!p) exit(1); size=10; }
array(int sz) { p = new T[sz]; if(!p) exit(1);
size = sz; cout << "「通常の」コンストラクタを使う\n"; }
~array() {delete [] p;}
array(const array &a);
void put(int i, T j) { if(i>=0 && i<size) p[i] = j; }
T get( int i){ return p[i]; }
int getSize(){return size;}
T &operator[](int i){return p[i];}
};
Template Library が作れる.
このarrayの呼び方: array<node>
a; 程度が妥当.
汎用かつ強力,極めて重要な機能
けれど,単なる 約束,決まり!!
クラスの継承
クラスの継承と合成とは異なる.
基本クラスから,下の記述で書かれる.
class className : public classBase {
//--public:
//--}
//node からANDを派生
class AND : public node{ //nodeと類似なもの
input i1, i2;
output o1;
Public:
…..
};
//AND,ORから halfAdder を合成
class halfAdder{
AND and1;
//部分として組み込まれる
OR or1 ;
Public:
…….
};
基本クラスのアクセス制御
class derived-class-name: access base-class-name {
//……
}
access :
public: 基本クラスの全ての公開メンバ
(public)が派生クラスの公開メンバになる.
private: 基本クラスの全ての公開メンバ
(public)が派生クラスの非公開メンバ
(private)になる.
protected: 基本クラスの被保護メンバー
(protected)は派生クラスのメンバーからも
アクセスできる.
基本クラスのアクセス制御 public
#include <iostream>
using namespace std;
class base {
int x;
public:
void setx (int n) { x = n; }
void showx() { cout << x << '\n'; }
};
class derived : public base {// publicとして継承する
int y;
public:
void sety(int n) { y = n; }
void showy() { cout << y << '\n'; }
};
int main(){
derived ob;
ob.setx(10); // 基本クラスのメンバにアクセス
ob.sety(20); // 派生クラスのメンバにアクセス
ob.showx(); // 基本クラスのメンバにアクセス
ob.showy(); // 派生クラスのメンバにアクセス
return 0; }
基本クラスのアクセス制御 private
#include <iostream>
using namespace std;
class base {
int x;
public:
void setx(int n) { x = n; }
void showx() { cout << x << '\n'; }
};
class derived : private base {// publicとして継承する
int y;
public:
void sety(int n) { y = n; }
void showy() { cout << y << '\n'; }
};
int main(){
derived ob;
ob.setx(10); // 基本クラスのメンバにアクセス ×
ob.sety(20); // 派生クラスのメンバにアクセス
ob.showx(); // 基本クラスのメンバにアクセス ×
ob.showy(); // 派生クラスのメンバにアクセス
return 0; }
基本クラスのアクセス制御 protected
#include <iostream>
using namespace std;
class samp {
int a; // デフォルトにより非公開
protected: // samp以外には非公開
int b;
public:
int c;
samp(int n, int m) { a = n; b = m; }
int geta() { return a; }
int getb() { return b; }
};
int main(){
samp ob(10, 20);
// ob.b = 99; エラー! bはprotected。したがって非公開
ob.c = 30; // OK。cは公開
cout << ob.geta() << ' ';
cout << ob.getb() << ' ' << ob.c << '\n';
return 0; }
protectedは派生ではアクセス可
#include <iostream>
using namespace std;
class base {
protected: // 基本クラス以外には非公開ながら
int a, b; // 派生クラスからはアクセスできる
public:
void setab(int n, int m) { a = n; b = m; }
};
class derived : public base {
int c;
public:
void setc(int n) { c = n; }
// この関数は、基本クラスのaとbにアクセスできる
void showabc() { cout << a << ' ' << b << ' ' << c << '\n'; }
};
int main(){
derived ob; /* aとbは、ここではアクセスできない。
基本クラスとその派生クラス以外には非公開 */
ob.setab(1, 2);
ob.setc(3);
ob.showabc();
return 0;
}
protectedは派生ではアクセス可
class base {
protected: // 基本クラス以外では非公開ながら
int a, b; // 派生クラスからはアクセスできる
public:
void setab(int n, int m) { a = n; b = m; }
};
class derived : protected base { // protectedとして継承
int c;
public:
void setc(int n) { c = n; }
// この関数は基本クラスのaとbにアクセスできる
void showabc() { cout << a << ' ' << b << ' ' << c << '\n'; }
};
int main(){
derived ob;
// エラー:setab()は基本クラスの被保護メンバ
ob.setab(1, 2); // ここからはsetab()にアクセスできない
ob.setc(3);
ob.showabc();
return 0;}
constructor,destructor の呼び出し順序
#include <iostream>
using namespace std;
class base {
public:
base() { cout << "baseクラスのコンストラクタ呼び出し
\n"; }
~base() { cout << "baseクラスのデストラクタ呼び出し\n"; }
};
class derived : public base {
public:
derived() { cout << "derivedクラスのコンストラクタ呼び出
し\n"; }
~derived() { cout << "derivedクラスのデストラクタ呼び出
し\n"; }
};
int main(){
derived o;
return 0;
}
呼び出し順序
Base → derived → derived → Base
多重継承
class derived-class-name: access base1,
access base2,・・・,access baseN {
//……
}
Derived-const(arg) : base1(arg1), base2(arg2),
・・・,baseN(argN){
//…..
}
いくつもの基本クラスから派生できる.
初期化子
“:” と “{” の間に置く
仮想基本クラス
class derived-class-name: virtual access base-class-name
{
//……
}
virtual 仮に宣言する.処理は後で
基本クラスが重複した場合,複数のコピーが生じるのを防ぐ.
class base…
class derived1: public base ….
class derived2: public base …..
class derived3: public derived1, public derived2
…..
base のコピーがderived1 derived2 からのが二つあ
る.
必要になったときによく読んで理解する.
今は,あるということだけ知っていれば良い.
問題
1.10-1.cpp をコンパイルしてみよ.問題があ
る場合,なぜなのかを指摘して,正しく動
作するようにmain関数で問題がある部分
をコメントアウトして出力がどうなるか確認
せよ.
2.10-2.cppをコンパイルしてみよ.問題があ
る場合,なぜなのかを指摘して,正しく動
作するようにmain関数内を書き換えよ.
3.10-3.cppをコンパイルしてみよ.問題があ
る場合,なぜなのかを指摘して,正しく動
作するようにderivedクラスを書き換えよ.
4.10-4.cppをコンパイルして動作させよ.ど
のような順番でコンストラクタとデストラクタ
が呼び出されているか確認せよ.さらに,
コンストラクタの引数がどのように伝わって
いるか確認せよ.
離散イベント: event class
Class event( int index, class e)
• 何かの出来事e.離散的,個別的で
– indexで区別をつけることが出来る.
– 順序付けられると整理しやすい.
• 例)
– 信号の変化: (t1,1->0),(t2,0->1),…
– 命令の順序: (t1, inst1), (t2,inst2),…
– 図の位置: (p1, ◎),(p2, □),…
• event e1が発生,t1後に処理
– (10, e1) , (5,e2), (12, e3), (2,e4)
– (2,e4), (5,e2), (10,e1), (12,e3) と並べ替
える必要がある.単純にqueueに積め
ない.
event class の実装
class event{ int eCode;
public:
int time;
event( ){time=0; eCode=0;}
event(int t, int e1){ time=t; eCode=e1;}
};
イベントをノードに積む.
class node{
public:
node* left; node* right; int index;
event e;
node( ){left=right=0; index=0;}
node (node* l, node* r, int i){ left=l; right=r;
index=i;};
};
queueの改良
push する時に,indexで入れる位置を探し
て挿入する.
Indexで並べてしまうqueueをpriority queue
という.
push(t,e)
1. t でqueueを調べて入れる場所を探す
2. 入れる場所に空きが無ければqueueの要
素をずらして場所を作る.
3. 出来た場所にeをコピーする
4. tos1,tos2を更新する.
5. queueがいっぱいになったとき困る.エ
ラー処理もいる.
priority queue
insert( )が頻繁に起こる.
いつも要素をずらしているととても遅くなる.
array が配列構造ではうまくいかない.
双方向リストで実現しよう.
class list{ node* root; int size;
public:
list( int s ){ node *pl, *pr;
root = pl = new node( 0, 0, 0); size=s;
for(int I=1; I<s;I++) {
pr=new node(pl,0,I);
pl->right=pr; pl=pr;} }
node& operator[ ](int j);
};
priority queue-II
node& list ::operator[ ](int j)
{
node* p=root;
for(int i=0; i<size; i++){
if(p->index<j) p = p->right;
else if(p->index==j) return *p;
else
{
if(p->index>j)
{
node* p1 =
new node(p, p->right, j);
(p->right)->left=p1;
p->right = p1;
return *p1;
}
}
}
}
プログラムへの組み込み
class priorityQueue{
list queue;
public:
priorityQueue():queue(10){ }
push(event& e1){ queue[e1.time].e=e1;}
event& pop(int i) { return queue[i].e; }
};
main(){
priorityQueue EVH; //event handler
event e1(0,1);
EVH.push(e1);
event cEvent;
cEvent=EVH.pop(0);
cout << cEvent.time ;
}
binaryTree + priority queue I
List の替わりに binary tree で実現する
class BinaryTreeNode {
BinaryTreeNode *left ,*right;
void * value;
public:
BinaryTreeNode(void* newValue)
{left = right = 0; value = newValue; }
~BinaryTreeNode() { }
};
Class BinaryTree {
BinaryTreeNode * root;
Public:
BinaryTree ( ){ root = 0; }
~BinaryTree( );
int insert(int value);
int lookup(int value);
};
binaryTree + priority queue II
typedef int (*ComparisonFunction) (void *, void *);
class BinaryTree {
BinaryTreeNode *root;
ComparisonFunction _compare;
public:
BinaryTree(ComparisonFunction compare)
{root = 0; _compare = compare; }
~BinaryTreeNode() { }
virtual int insert(void * value);
virtual int remove(int value);
int lookup(void *value);
};
binaryTree + priority queue III
int BinaryTree::lookup(void* value){
BinaryTreeNode * cur = root;
while(cur){
if (cur->value == value) return 1;
else if ( _compare (value , cur-> value) )
cur = cur->left;
else
cur = cur ->right;
}
return 0;
}
binaryTree + priority queue IV
int BinaryTree::insert(void* value){
BinaryTreeNode *cur = root;
if(cur==0){ // recursive call の終端処理
root = new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
for(;;){
if(cur->value == value) return 0; //既にある.
else if(_compare (value , cur->value)){
/*辿る先があれば,辿る.*/
if(cur->left){ cur = cur->left;
continue; } //for の最初から再実行
//行き止まりなので,そこにノードを作る.
cur->left=new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
else{ if(cur->right){ cur=cur->right;
continue;}
//行き止まりなので,そこにノードを作る.
}
cur->right=new BinaryTreeNode(value);
return 1; }
}
binaryTree + priority queue V
class priorityQueue{
BinaryTree queue;
public:
priorityQueue(ComparisonFunction compare):
queue(compare){ }
push(event& e1){ queue[e1.time].e=e1;}
event& pop(int i) { return queue[i].e; }
};
int Compare0(void* v1, void* v2)
{
int *s1 = (int*) v1, *s2=(int*)v2;
return ( *s1 < *s2 );
}
main(){
priorityQueue EVH(Compare0); //event handler
event e1(0,1);
EVH.push(e1);
event cEvent;
cEvent=EVH.pop(0);
cout << cEvent.time ;
}
現在までの構造
双方向リストで伸び縮みするarrayが出来た.
Arrayに要素が無い場合には,新しく要素を
挿入することが出来る.
問題点:要素の探索が常に0から始めるので
遅くなる.しかし,当面は使える.
BinaryTree を使えばもっと早くなる.
Event:何でも良い,indexとして時間や,位
置を使えば,いろんなものを表現すること
が出来る.
priorityQueueに eventをしまうことが出来る
ようになった.
EventをBASEにして,派生eventを作ればよ
い.
オブジェクト再考
Classで色々なオブジェクトが作れる.
オブジェクト間での値,命令,メッセージなどはeventと
して扱うことが出来る.
座標系(x,y)をBinaryTreeでならべれば,
オブジェクトを配置することも出来る.
• 内部に座標系を作り,その領域をcoutに表示すれ
ばよい.
– myWindowの領域に書き込んで表示すれば
よい.
• オブジェクトとして, windowの画面(ソフト)以外で
も良い.
– カメラ(cmos センサー),マイク,
– サーボ・モータ: ロボットの手足,
– 動的な変化,事象(イベント),抽象的な物
• イベントとして,画像,音,ロボットへの命令,画面
の表示など,みな同じように扱える.
• FPGA内の回路もオブジェクト,
• 制御信号,データ,命令もイベント
• 画像オブジェクトを作ってライブラリにする.
オブジェクトの利用法
• 派生クラスの仕組み:基本的・共通・単純
なものから特定用途・専用・複雑なものを
作ることが出来る
• Template,総称の仕組み: 共通の枠組
みを作り,扱う対象を自由に変えることが
できる.
• ライブラリを作ることが可能になる.
– 共通で基礎的なライブラリから多種多
様な専用化が組織的にできる.
STL(Standard Template Library)
• 半端・冗長である欠点を克服した
• 巨大・複雑なものが作成可能になった
(例) 画像で使う部品 色々ある
– gadget
– Visual component library
Builder,visual C++
画像ライブラリが用意されてある.
#include <Classes.hpp>,#include <Controls.hpp>
#include <StdCtrls.hpp>,#include <Forms.hpp>
#include <DBGrids.hpp>
#include <Grids.hpp>,#include <DBCtrls.hpp>
#include <Mask.hpp>,#include <ExtCtrls.hpp>
#include <Menus.hpp>
画像部品をFormに貼り付けて画像を設計
これらはすべてclass ,オブジェクトである
プログラム作成画面にコードを記述
クラスとメンバーが自動で
作成される
ハードもソフトもすべてオブジェクト
• オブジェクトにすれば,swとhwの区別が
無くなる.
• それぞれの処理速度,情報が異なるが
ディジタルではすべてバイナリ表現
• 相互のやり取りはイベントとする.
・ ・ ・ ・
image =
cameraObject->getView( );
30 flames/sec
・ ・ ・ ・
wtImage =
waveletObject->Trans();
・ ・ ・ ・
While( value > threhold){
・ ・ ・ ・
Value =
TempletObj>matching( level);
20ms
・ ・ ・ ・
}
Should be
30ms
ソフトでは6秒掛かる
HDL記述で回路もソフト
• プログラムと同様に記述して動かす
• オブジェクトと同じような概念
ソフトと同じようにシミュレーションで検証
• VDECのEDAツールを使用.
• 記述を修正,テストを繰り返す.
回路を合成する
FPGAに書き込む回路情報がファイルとして作られる
回路:bit stream data file
このファイルをclassのデータとする.
回路のオブジェクトを
Class hwObject{…}とする
Classのconstructorでobjectを作るときにこ
の回路をFPGAにロードする.
回路とのやり取りは event として処理.
プログラムの中から直接回路を制御すること
が出来る.
class hwObject{
bitStream bsc;
…
}
回路の動作: 値の変化イベントの列
ダウンロード

プログラミング・演習II