স্ট্যান্ডার্ড টেম্প্লেট লাইব্রেরী

ইকরাম মাহমুদ | মার্চ ২, ২০১০

সি++ এ একটা বিশাল লাইব্রেরী আছে, যার কোডগুলো যেকোন ধরণের ডাটার জন্য কাজ করতে পারে। এই টেম্প্লেট লাইব্রেরীর সবচে' স্ট্যান্ডার্ড ভারশনটার নামই স্ট্যান্ডার্ড টেম্প্লেট লাইব্রেরী, ওরফে STL। STL হল একটা বেশ বড়সড় একটা লাইব্রেরী। মোটামুটি বেশিরভাগ ডাটা স্ট্রাকচার আর হাবিজাবি এটার মধ্যে লিখে রাখা আছে, তোমাকে শুধু জানতে হবে সেটা তুমি কিভাবে ব্যবহার করবে।

১ ভেক্টর

মাঝে মাঝে এমন হয় - আমাদের একটা 2D অ্যারে দরকার, যেটায় মোটামুটি প্রতিটায় সর্বোচ্চ ১০০০০ টা ডাটা রাখতে হবে, আর প্রতিটা ডাটায় সর্বোচ্চ ১০০০০টা করে ডাটা রাখা লাগবে। কিন্তু আমাকে এটাও বলা আছে যে সর্বোচ্চ ১০০০০০ টা ডাটা থাকতে পারে।

খুব সাধারণভাবে যেটা মাথায় আসে, সেটা হচ্ছে এরকম কিছু একটা

int array[10000][10000];

তাই না? এটা কিন্তু বেশ বড়সড় একটা অ্যারে। আমার কম্পিউটার মাথা ঘুরে পড়ে যাবে তাকে এই পরিমান মেমরি অ্যালোকেট করতে বললে, কিন্তু আমার আসলে এত বেশি জায়গা লাগছে না, কারণ আমাকে বলেই দেয়া হয়েয়ে ডাটা সবমিলে সর্বোচ্চ ১০০০০০ টা থাকে পারে।

এধরণের সময়, আমরা ডাইনামিক মেমরি অ্যালোকেট করি - ঠিক যতটুকু মেমরি দরকার ঠিক ততটুকুই নেই। যেটা ম্যানুয়ালি করা বেশ ঝক্কি, আর সেটায় মেমরি পরিষ্কারও করে দিতে হয় কাজ শেষে, নইলে সব ডাটা জমতে জমতে কম্পিউটারের গলা চিপে ধরে।

ভেক্টর হলো একটা অ্যারে, যেটায় ডাইনামিকালি জিনিসপাতি ঢুকিয়ে রাখা যায়। মানে, এটাও একটা অ্যারে, কিন্তু সেটা ঠিক ততটুকু মেমরি খায়, যতটুকু খাওয়া লাগে।

ভেক্টর ডিক্লেয়ার করে এভাবে

vector< int > array;

তুমি যদি অন্য কোন টাইপের ডাটা নিতে চাও তাইলে int এর জায়গায় সেই ডাটার নাম লিখতে হবে। যেমন এটা আরো কিছু অ্যারে।

vector< double > water;
vector< long long > balance;
vector< char > characters;
vector< day > diary;

ভেক্টরে কোন ডাটা রাখতে হলে, সেই ভেক্টরের শেষে ডাটাটাকে পুশ করতে হয়।

array.push_back( 100 );

আর ভেক্টরে কটা ডাটা আছে সেটা আমরা জানতে পারি .size() ফাংশনকে কল করে। যেমন ধরো, আমি একটা ভেক্টরে কিছু ইন্টেজার ঢুকাবো, তারপর সবাইকে প্রিন্ট করবো, সেটার কোড হবে এরকম।

int main() {
    vector< int > v;
    v.push_back( 1 );
    v.push_back( 2 );
    v.push_back( 3 );
    v.push_back( 4 );

    for(int i=0; i<v.size(); i++) cout << v[i] << endl;
   
    return 0; 
}

বাকি সব কিছুতে ভেক্টরকে সাধারণ অ্যারের মত ব্যবহার করা যায়। যেমন আমি 0th এলিমেন্টটা পাল্টে দিতে পারি v[0] = 10000 লিখে। আরেকটা মজা হচ্ছে আমরা অ্যারেতে ধাম করে সরাসরি কপি করতে পারি না । কিন্তু ভেক্টরে সেটা করা যায়।

int main() {
    vector< int > v, t;
    v.push_back( 1 );
    v.push_back( 2 );
    v.push_back( 3 );
    v.push_back( 4 );

    t = v; // copying
    for(int i=0; i<t.size(); i++) cout << t[i] << endl;
       
    return 0;  
}

ভেক্টরে যদি আমি 2D ডাটা রাখতে চাই তাহলে সেটা দুভাবে করা যায়। আমি প্রথমটা প্রেফার করি, পরেরটা দেখতে আমার ভয় ভয় লাগে। কিন্তু মাঝে মাঝে কোন পথ থাকে না সেটা লেখা ছাড়া।

vector< int > v[100];

vector< vector< int > > v;

vector< vector< vector< int > > > v; // 3 dimensional

একটা জিনিসে একটা সাবধান থেকো, vector<vector> v; এভাবে লিখলে >> এর জন্য কিছু কম্পাইলর কিন্তু এরর মারে।

২ স্ট্রিং

স্ট্রিং হচ্ছে মজার একটা ডাটা স্ট্রাকচার। মোটামুটি এর কাজ অনেকটা ক্যারেক্টার অ্যারের মতই। কিন্তু এটা ব্যবহার করা বেশ সহজ। যেমন নিচে কিছু স্ট্রিং টাইপের জিনিসপাতির কাজ দেখিয়ে দিলাম।

int main() {
    string a, b, c;
    a = "this is a string"; // easy assigning
    b = a; // copy hoye gelo! :O
    c = a + b // c te rakhlam a ar b er concatation
    cout << c << endl; // print korlam
    printf("%s\n", c.c_str() ); // printf diyei korlam na hoy
   
    cout << c.size() << endl; // length print korlam
    for(int i=0; i<c.size(); i++) cout << c[i] ; 

// ekta ekta kore character print korlam
   
    return 0;
}

তুমি যদি এখন স্ট্রিং এর ভেক্টর রাখতে চাও তাহলে সেটাকে ডিক্লেয়ার করতে হবে এভাবে।

vector< string > vs;

সহজ না?

৩ স্ট্যাক

ধরো, তোমার মা একগাদা প্লেট ধুতে নিয়ে যাচ্ছে খাওয়ার টেবিল থেকে। সবার পরে যেটা রাখা হবে, সেই প্লেটটাকে কিন্তু সবার উপরে রাখা হবে, আর সেটাই কিন্তু সবার আগে ধোয়া হবে।

এই জিনিসটাকে বলে স্ট্যাক। মানে আমরা সবার পরে যাকে প্রসেসিং করতে ঢুকাচ্ছি তাকে যদি আগে প্রসেসিং করি তাহলে সেটাই স্ট্যাক। STL এ স্ট্যাক ব্যবহার করতে হয় এভাবে।

stack< int > st;
    st.push( 100 ); // inserting 100
    st.push( 101 ); // inserting 101
    st.push( 102 ); // inserting 102
    
    while( !st.empty() ) {
        cout << st.top() << endl; // printing the top
        st.pop(); // removing that one
    }

৪ কিউ

ধরো তুমি বাসের টিকেট কিনে লাইনে দাঁড়িয়ে আছো। এখন বাসে ওঠাটা হচ্ছে আমার কাজ(প্রসেসিং)। কাকে আগে বাসে উঠতে দিবে? যে সবার আগে এসেছে, তাকে। এটাকে বলে কিউ - যে সবার আগে এসেছে তাকে আগে প্রসেস করা।

queue< int > q;
    q.push( 100 ); // inserting 100
    q.push( 101 ); // inserting 101
    q.push( 102 ); // inserting 102
   
    while( !q.empty() ) {
        cout << q.front() << endl; // printing the front
        q.pop(); // removing that one
    }

৫ প্রায়োরিটি কিউ

আমাদের পাড়ার মুচির প্রতিদিন একগাদা কাজ আসে। সে করে কি, সবচে' বেশি পয়সা পাওয়া যাবে যেই কাজে সেই কাজগুলো সবার আগে করে ফেলে। সে প্রায়োরিটি তাদেরকেই বেশি দেয় যাদের কাজে বেশি পয়সা পাওয়া যাবে।

এটাও এক ধরণের কিউ শুধু পার্থক্য হচ্ছে যার দাম যত বেশি তাকে তত আগে প্রসেস করা হচ্ছে।

priority_queue< int > q;
    q.push( 10230 ); // inserting 10230
    q.push( 1021 ); // inserting 1021
    q.push( 102322 ); // inserting 102322
   
    while( !q.empty() ) {
        cout << q.top() << endl; // printing the top
        q.pop(); // removing that one
    }

৬ ইটারেটর

ইটারেটার হলো অনেকটা সি এর পয়েন্টারের মত একটা জিনিস। ইটারেটর আসলে পরে কাজে লাগবে, কারণ অনেক জায়গায়ই STL এর ফাংশনগুলো একটা অ্যাডরেস পাঠায়, যে আমি যেই ডাটাটাকে খুঁজছি, সেটা ঠিক কোথায় আছে।

ইটারেটর ডিক্লেয়ার করে এইভাবে

vector< int > :: iterator i;
    vector< double > :: iterator j;

আর ফর লুপ দিয়ে একটা ভেক্টরের প্রথম থেকে শেষ পর্যন্ত সব এলিমেন্টের গলা কাটতে চাই তাহলে সেটা লিখতে হবে এভাবে।

vector< int > v; v.pb( 1 ); v.pb( 2 ); v.pb( 3 );
    vector< int > :: iterator i;
    for( i = v.begin(); i < v.end(); i++ ) {
        printf("%d\n", *i);
        // ei khane gola kato!
    }

৭ সর্ট

ধরো আমার কাছে কিছু নাম্বার আছে, আমি সেগুলোকে ছোট থেকে বড়তে সাজাবো, বা উল্টো কাজটা করবো, বড় থেকে ছোটতে সাজাবো। এই কাজটাকে বলে সর্ট করা। যদি তুমি সর্ট করার নিয়ে পড়াশুনা করে ফাটাই ফেলতে চাও তাইলে এইখানে একটু ঢু মারো।

STL এ সর্ট করা খুব সহজ। ধরো আমার একটা ভেক্টর v আছে, সেটা আমি সর্ট করবো। তাহলো আমার শুধু লিখতে হবে -

sort( v.begin(), v.end() );

তাহলে সে ছোট থেকে বড় তে ভেক্টরটাকে সর্ট করে ফেলবে। এখন ধরো আমাকে যদি আরেকটু ঝামেলার কিছু করতে বলে। যেমন ধরো চাচা চৌধুরী তার মেয়ের বিয়ে দিবে, তো সে গেলো ঘটক পাখি ভাইয়ের কাছে। ঘটক পাখি ভাইয়ের কাছে একটা ছেলে মানে, তার নাম-ধাম, তার বংশ, সে কত টাকা কামায়, তার উচ্চতা কতো, আর তার ওজন কত। ছেলেটা সি++ এ কোড করে না জাভাতে কোড করে, সেটা নিয়ে ঘটক পাখি ভাইয়ের কোনই মাথা ব্যাথা নাই। তো সে করলো কি চাচা চৌধুরীকে শুধু এই ক্য়টা ডাটাই সাপ্লাই দিলো কয়েকটা বস্তা ভরে। এখন চাচা চৌধুরী পাড়ার প্যান্ট ঢিলা মাস্তানের কাছ থেকে শুনলো তুমি একটা বস প্রোগ্রামার, তো সে এসে তোমাকে বলল, "বাবাজি! আমাকে একটা সফটওয়্যার বানিয়ে দাও, যেটা আমার ডাটাগুলোকে সাজাবে"।

বেশ তো, এখন আমার ডাটাটা হচ্ছে এরকম - (চাচা চৌধুরী আবার বংশ নিয়ে মাথা ঘামায় না)

struct data {
    char name[100];
    int height, weight;
    long long income;
};

চাচা চৌধুরী যেটা নিয়ে মাথা ঘামায় সেটা হলো পোলার কত টাকা কামাই। যদি দুইটা পোলার সমান কামাই হয়, তাইলে যেই পোলার হাইট ভালো, সেই পোলা লিস্টে আগে থাকবে। আর যদি দুই পোলার হাইট সমান হয় তাইলে যেই পোলার ওজন কম, সেই পোলা আগে থাকবে। আর যদি দুই পোলার ওজন সমান হয়, তাইলে যেই পোলার নাম ছোট সেই পোলা আগে থাকবে।

এখন তোমাকে এই অনুযায়ী সর্ট করে দিতে হবে। আর তুমি যদি বেশি হাংকি পাংকি করো, তাইলে প্যান্ট ঢিলা মাস্তান এসে তোমাকে সাইজ করে দিবে।

এই কাজটা দুই ভাবে করা যায়। সবচে সহজটা হলো একটা কম্পেয়ার ফাংশন লিখে।

bool compare( data a, data b ) {
    if( a.income == b.income ) {
        if( a.height == b.height ) {
            if( a.weight == b.weight ) 

              return strlen( a.name ) < strlen( b.name );
            else return a.weight < b.weight;
        }else return a.height > b.height;
    }else return a.income > b.income;
}

এই ফাংশনটা গ্লোবালি ডিক্লেয়ার করে যেখানে তুমি সর্ট করতে চাও সেখানে লিখতে হবে।

sort( v.begin(), v.end(), compare );

কম্পেয়ার ফাংশনটা রিটার্ন করবে a কি b এর আগে বসবে কি না। আর কিছু না।

সর্ট করার অন্য পথটা হচ্ছে অপারেটর ওভারলোড করে। ধরো, আমরা যখন বলি ২ < ৩ আমরা বুঝে নেই যে ২ হচ্ছে ৩ এর ছোট - মানের দিক দিয়ে। এখন একটা স্ট্রাকচার কখন অন্য আরেকটা স্ট্রাকচারের চেয়ে ছোট হবে? এই জিনিসটা তোমার প্রোগ্রামে ডিফাইন করে দিতে হবে। এখানে খেয়াল করো, ছোট হবার মানে বোঝাচ্ছে সে লিস্টে আগে থাকবে।

আমি যদি একই কাজটা অপারেটর ওভারলোড দিয়ে করতে চাই, সেটা এরকম হবে।

struct data {
    char name[100];
    int height, weight;
    long long income;
   
    bool operator < ( const data& b ) const {
        if( income == b.income ) {
            if( height == b.height ) {
                if( weight == b.weight ) 
                   return strlen( name ) < strlen( b.name );
                else return weight < b.weight;
            }else return height > b.height;
        }else return income > b.income;
    }

};

এখানে কিন্তু আমি এই ডাটাটাকেই অন্য আরেকটা ডাটা b এর সাথে তুলনা করছি, সেজন্য আমার আগেরটার মতো a কে লাগছে না।

আর আমার সর্ট এর কমান্ড লিখতে হচ্ছে এইভাবে।

sort( v.begin(), v.end() );

তোমার যদি ভেক্টর ব্যবহার করতে আপত্তি থাকে, ধরো ভেক্টর দেখলেই হাঁচি আসা শুরু করে, নাক চুলকায় কিংবা এধরণের কিছু, তুমি সাধারণ অ্যারেই ব্যবহার করতে পারো।

ধরো সেক্ষেত্রে অ্যারেটা হবে এরকম -

data array[100];

sort( array, array + n );

যেখানে n হচ্ছে অ্যারেতে কতগুলো ডাটাকে তুমি সর্ট করতে চাও।

তুমি যদি 3 নাম্বার (0 based)থেকে 10 নাম্বার পর্যন্ত সর্ট করতে চাও লিখো

sort( array+3, array+11 );

৮ সেট

কোন কিছুর সেট বলতে আসলে বুঝায় শুধু জিনিসগুলোর নাম একবার করে থাকাকে।

যেমন A = { রহিম, করিম, গরু, বিড়াল, করিম, বালিশ, রহিম, করিম } একটা সেট না, কিন্তু

A = { রহিম, করিম, গরু, বিড়াল, বালিশ } একটা সেট।

STL এর সেট করে কি, সেট এ সব ডাটা গুলো একবার করে রাখে, আর ডাটাগুলোকে সর্ট ও করে রাখে। এটা হলো সেট এর কাজ কারবার -

set< int > s;
    s.insert( 10 ); s.insert( 5 ); s.insert( 9 );
   
    set< int > :: iterator it;
    for(it = s.begin(); it != s.end(); it++) {
        cout << *it << endl;
    }

যদি তুমি স্ট্রাকচার টাইপের ডাটা রাখতে চাও সেট এ, শুধু < অপারেটরটা ওভারলোড করে ওকে বলে নিও, যে তুমি ছোট বলতে কি বুঝাচ্ছো। বাকি কাজ ওই করবে।

সেট সাধারণত এধরণের প্রবলেমগুলোতে কাজে লাগে। আমাকে অনেকগুলো সংখ্যা দিয়ে বলল, এখানে ইউনিক কয়টা সংখ্যা আছে। সেক্ষেত্রে আমি খালি একটার পর একটা সংখ্যা ইনপুট নিতে থাকবো তো নিতেই থাকবো, আর সেটে ঢুকাবো তো ঢুকাতেই থাকবো, তারপর খালি সেটের সাইজ প্রিন্ট করে দিবো। কেল্লা ফতেহ!

৯ ম্যাপ

ম্যাপও সেটের মতো একটা জিনিস। কিন্তু ম্যাপ সেটের মত কোন জিনিস একটা রেখে ওই ধরণের বাকি সবাইকে বাইরে ফেলে দেয় না।

তবে এভাবে ভাবার চেয়ে ম্যাপকে আরেকটু সহজভাবে ভাবা যায়। একটা অ্যারের কথা চিন্তা করো, আমরা করি কি অ্যারের একটা ইনডেক্সে ডাটা জমাই না? কেমন হতো, যদি ইনডেক্সটা শুধু সংখ্যা না হয়ে যেকোন কিছু হতে পারতো? ধরো, ১ নম্বর ইনডেক্সে না রেখে, "বাংলাদেশ" নামের ইনডেক্সে ডাটা যদি রাখতে পারতাম? তখন ব্যাপারটা দাঁড়াতো আমাদের একটা ম্যাজিক অ্যারে আছে যেটাই আমরা যেকোন ধরণের ডাটা জমিয়ে রাখতে পারি আমাদের ইচ্ছা মতো যে কোন ধরণের ইনডেক্স দিয়ে।

সহজভাবে ম্যাপকে তুমি এভাবে চিন্তা করতে পারো, ম্যাপ হচ্ছে একটা অ্যারে, যেটার ইনডেক্স যেকোন কিছুই হতে পারে, আর সেটাতে যেটা ইচ্ছে সেটাই রাখা যেতে পারে!

map< string, int  > m;
    string goru;
   
    while( cin >> goru ) {
        if( goru == "moro" ) break;
        m[ goru ] ++;
        cout << goru <<" ase " << m[ goru ] << " ta :D " << endl;       
    }

এই প্রোগ্রামটা করবে কি, গরুর নাম ইনপুট নিতে থাকবে, আর প্রতিবার বলবে যে ওই জাতের কয়টা গরু আছে। ম্যাপকে অ্যারের মত ধরেই ইনক্রিমেন্ট করা যায়।

অবশ্য তুমি যদি তোমার বানানো কোন স্ট্রাকচার/ক্লাস রাখতে চাও ইনডেক্স হিসেবে, তোমাকে সেটার জন্য < অপারেটরটা ওভারলোড করে দিতে হবে।

১০ স্ট্রিংস্ট্রিম

যদি কখনো স্ট্রিং থেকে অজানা সংখ্যক ইনপুট নিতে হয় আমরা স্ট্রিংস্ট্রিম ব্যবহার করতে পারি সেজন্য। আমরা লাইনের ইনপুট নেই হচ্ছে গেটস দিয়ে।

তো ব্যাপারটা এরকম হবে।

char line[1000];
    while( gets( line ) ) {
        stringstream ss( line ); // initialize kortesi
        int num; vector< int > v;
        while( ss >> num ) v.push_back( num ); 
        sort( v.begin(), v.end() );
        // print routine
    }

ss এর পরের হোয়াইল লুপ অংশটা তুমি cin এর মতো করেই ভাবতে পারো! ;) আমি সেভাবেই চিন্তা করি।

১১ পেয়ার

STL এর একটা স্ট্রাকচার বানানো আছে, যার অবস্থা মোটামুটি এইরকম।

struct pair {
    int first, second;
};

তবে জিনিসটা এমন না, তুমি যেকোন টাইপে কাজ করতে পারো। যেমন এটা যদি আমি STL এর পেয়ার দিয়ে লিখি, জিনিসটা হবে এরকম

pair< int, int > p;

এই চেহারাটা কি মনে পড়ে? একে কি আগে দেখেছো? হুমম, ম্যাপের স্ট্রাকচারে আরেকবার চোখ বুলাও। ;)

আমরা ইচ্ছে মতো পেয়ার ডিফাইন করতে পারি, যেভাবে ইচ্ছে। ম্যাপের ডাটা টাইপের মতনই!

pair< int, int > p;
pair< int, double > x;
pair< double, string > moru;
pair< goru, goru > fau;

যা ইচ্ছে!

১২ নেক্সট পারমুটেশন, প্রিভ পারমুটেশন

ধরো হঠাৎ একদিন ঘুম থেকে উঠে দেখলা যে তোমার এগারোটা বাচ্চা এবং কালকে ঈদ আর আজকে তোমার ওদের জন্য ঈদের জামা কিনতে হবে। সমস্যা হচ্ছে, তোমার বউ এরই মধ্যে এগারোটা জামা কিনে ফেলেছে আর আরো সমস্যা হচ্ছে সেটা সে লটারি করে দিয়ে দিয়েছে এবং সেজন্য যাদের যাদের জামা পছন্দ হয়নি তারা কান্নাকাটি করছে। তো তোমার খুব মন খারাপ, তুমি চাও ঈদের দিনের সুখ যাতে সবচে' বেশি হয়। আর তুমি এটাও জানো কোন জামা পড়লে কোন বাচ্চা কতটুকু সুখি হবে। এখন আমাদের সবার সুখের যোগফল ম্যাক্সিমাইজ করতে হবে।

এধরণের প্রবলেমকে বলা হয় কম্প্লিট সার্চ। আমাদের সবগুলো অপশন ট্রাই করতে হবে। ধরো তিনটা বাচ্চার জন্য অল পসিবল ট্রাই করা হচ্ছে এরকম - (জামার নাম্বার দিয়ে)

আবু গাবু ডাবু

১ ২ ৩

১ ৩ ২

২ ১ ৩

২ ৩ ১

৩ ১ ২

৩ ২ ১

এখন এভাবে যদি আমি এগারোটা বাচ্চার জন্য ঈদের জামা পড়িয়ে দেখতে চাই আমার খবরই আছে - 11! ভাবে ট্রাই করতে হবে। তো সেই জন্যই আছে STL এর নেক্সট পারমুটেশন

vector< int > v;
    for(int i=0; i<11; i++) v.push_back( i );
   
    do {
        // protitat jama prottekke porai dekho shukh maximize hochche kina
    }while( next_permutation( v.begin(), v.end() ) );

আমরা ৩ এর জন্য যেভাবে সবগুলো পারমুটেশন জেনারেট করেছি, সেটাই এই নেক্সট পারমুটেশন করবে। খেয়াল কোর যে, নেক্সট পারমুটেশন কিন্তু ঠিক অ্যালফাবেটিকালি পরের পারমুটেশনটাকে নেয়। তুমি যদি সব পারমুটেশন চাও, প্রথমে অবশ্যই অ্যারেটাকে সর্টেড রেখো।

১৩ রিভার্স

রিভার্স হচ্ছে একটা কিছুকে ধরে উল্টায় দেয়া।

ধরো আমার একটা ভেক্টর আছে।

vector< int > nacho;

reverse( nacho.begin(), nacho.end() );

পরের স্টেটমেন্টটা লিখলে, সে নাচোকে উল্টায় দিবে।


ইকরাম মাহমুদ

ইকরাম মাহমুদ ২০০৯ এবং ২০১২ এর ACM ICPC ওয়ার্ল্ড ফাইনালিস্ট। আন্তর্জাতিক ইনফরমেটিক্স অলিম্পিয়াডে বাংলাদেশের প্রতিনিধিত্ব করেছেন ২০০৬ এবং ২০০৭ এ।