Скотт Мейерс - Эффективное использование STL

• Название: Эффективное использование STL
• Автор: Скотт Мейерс
• Издательство: Питер
• Жанр: Программирование
• Год: 2002
• ISBN: ISBN 5-94723-382-7

В этой книге известный автор Скотт Мейерс раскрывает секреты настоящих мастеров, позволяющие добиться максимальной эффективности при работе с библиотекой STL.

Во многих книгах описываются возможности STL, но только в этой рассказано о том, как работать с этой библиотекой. Каждый из 50 советов книги подкреплен анализом и убедительными примерами, поэтому читатель не только узнает, как решать ту или иную задачу, но и когда следует выбирать то или иное решение — и почему именно такое.

---

list<Point> lp;

Point avg=

accumulate(lp.begin(),lp.end(),

Point(0,0),

PointAverage());

// Вычисление среднего

// арифметического по точкам,

// входящим в список lр

Просто и бесхитростно, как и должно быть. На этот раз в качестве начального значения используется объект Point, соответствующий началу координат, а нам остается лишь помнить о необходимости исключения этой точки из вычислений.

Функтор PointAverage отслеживает количество обработанных точек, а также суммы их компонентов х и у. При каждом вызове он обновляет данные и возвращает средние координаты по обработанным точкам. Поскольку для каждой точки в интервале функтор вызывается ровно один раз, он делит суммы по составляющим х и у на количество точек в интервале. Начальная точка, переданная при вызове accumulate, игнорируется.

class PointAverage:

publiс binary_function<Point,Point,Point>{ public:

PointAverage():xSum(0),ySum(0),numPoints(0) {}

const Point operator() (const Point& avgSoFar, const Point& p)

++numPoints;

xSum += p.x;

ySum += p.y;

return Point(xSum/numPoints,ySum/numPoints);

}

private:

size_t numPoints;

double xSum;

double ySum;

Такое решение прекрасно работает, и лишь из-за периодических контактов с неординарно мыслящими личностями (многие из которых работают в Комитете по стандартизации) я могу представить себе реализации STL, в которых возможны проблемы. Тем не менее, PointAverage нарушает параграф 2 раздела 26.4.1 Стандарта, который, как вы помните, запрещает побочные эффекты по отношению к функции,передаваемой accumulate. Модификация переменных numPoints, xSum и ySum относится к побочным эффектам, поэтому с технической точки зрения приведенный выше фрагмент приводит к непредсказуемым последствиям. На практике трудно представить, что приведенный код может не работать, но чтобы моя совесть была чиста, я обязан специально оговорить это обстоятельство.

Впрочем, у меня появляется удобная возможность упомянуть о for_each — другом алгоритме, который может использоваться для обобщения интервалов. На for_each не распространяются ограничения, установленные для accumulate. Алгоритм for_each, как и accumulate, получает интервал и функцию (обычно в виде объекта функции), вызываемую для каждого элемента в интервале, однако функция, передаваемая for_each, получает только один аргумент (текущий элемент интервала), а после завершения работы for_each возвращает свою функцию (а точнее, ее копию — см. совет 38). Что еще важнее, переданная (и позднее возвращаемая) функция может обладать побочными эффектами.

Помимо побочных эффектов между for_each и accumulate существуют два основных различия. Во-первых, само название accumulate ассоциируется с вычислением сводного значения по интервалу, а название for_each скорее предполагает выполнение некой операции с каждым элементом интервала. Алгоритм for_each может использоваться дя вычисления сводной величины, но такие решения по наглядности уступают accumulate.

Во-вторых, accumulate непосредственно возвращает вычисленное значение, а for_each возвращает объект функции, используемый для дальнейшего получения информации. В С++ это означает, что в класс функтора необходимо включить функцию для получения искомых данных.

Ниже приведен предыдущий пример, в котором вместо accumulate используется for_each:

struct Point{...};// См. ранее

class PointAverage;

public unary_function<Point,void>{// См. совет 40

public:

PointAverage():xSum(0).ySum(0),numPoints(0) {}

void operator() (const Point& p)

{

++numPoints;

xSum += p.x;

ySum += p.y:

}

Point result() const {

return Point(xSum/numPoints,ySum/numPoints);

}

private:

size t numPoints;

double xSum;

double ySum;

};

list<Point> lp:

Point avg = for_each(lp.begin(),lp.end(),PointAverage()).result();

Лично я предпочитаю обобщать интервальные данные при помощи accumulate, поскольку мне кажется, что этот алгоритм наиболее четко передает суть происходящего, однако foreach тоже работает, а вопрос побочных эффектов для for_each не так принципиален, как для accumulate. Словом, для обобщения интервальных данных могут использоваться оба алгоритма; выберите тот, который вам лучше подойдет.

Возможно, вас интересует, почему у for_each параметр-функция может иметь побочные эффекты, а у accumulate — не может? Представьте, я бы тоже хотел это знать. Что ж, дорогой читатель, некоторые тайны остаются за пределами наших познаний. Чем accumulate принципиально отличается от for_each? Пока я еще не слышал убедительного ответа на этот вопрос.

Функции, функторы и классы функций

Нравится нам это или нет, но функции и представляющие их объекты (функторы) занимают важное место в STL. Они используются ассоциативными контейнерами для упорядочения элементов, управляют работой алгоритмов типа find_if, конструкции for_each и transform без них теряют смысл, а адаптеры типа not1 и bind2nd активно создают их.

Да, функторы и классы функторов встречаются в STL на каждом шагу. Встретятся они и в ваших программах. Умение создавать правильно работающие функторы абсолютно необходимо для эффективного использования STL, поэтому большая часть этой главы посвящена одной теме — как добиться того, чтобы функторы работали именно так, как им положено работать в STL. Впрочем, один совет посвящен другой теме и наверняка пригодится тем, кто задумывался о необходимости включения в программу вызовов ptr_fun, mem_fun и mem_fun_ref. При желании начните с совета 41, но пожалуйста, не останавливайтесь на этом. Когда вы поймете, для чего нужны эти функции, материал остальных советов поможет вам наладить правильное взаимодействие ваших функторов с ними и с STL в целом.

Совет 38. Проектируйте классы функторов для передачи по значению

Ни С, ни С++ не позволяют передавать функции в качестве параметров других функций. Вместо этого разрешается передавать указатели на функции. Например, объявление стандартной библиотечной функции qsort выглядит следующим образом:

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,

int (*cmpfcn)(const void*,const void*));

В совете 46 объясняется, почему вместо функции qsort обычно рекомендуется использовать алгоритм sort, но дело не в этом. Нас сейчас интересует объявление параметра cmpfcn функции qsort. При внимательном анализе становится ясно, что аргумент cmpcfn, который является указателем на функцию, копируется (то есть передается по значению) из точки вызова в функцию qsort. Данный пример поясняет правило, соблюдаемое стандартными библиотеками С и С++, — указатели на функции должны передаваться по значению.

Объекты функций STL создавались по образцу указателей на функции, поэтому в STL также действует правило, согласно которому объекты функций передаются по значению (то есть копируются). Вероятно, это правило лучше всего демонстрирует приведенное в Стандарте объявление алгоритма for_each, который получает и передает по значению объекты функций:

template<class InputIterator.

class Function>

Functon // Возврат по значению

for_each(InputIterator first,

InputIterator last,

Functon f);// Передача по значению

Честно говоря, передача по значению не гарантирована полностью, поскольку вызывающая сторона может явно задать типы параметров в точке вызова. Например, в следующем фрагменте foreach получает и возвращает функторы по ссылке:

class DoSomething:

public unary_function<int,void>{// Базовый класс описан

void operator() (int x){...}// в совете 40

};

typedef deque<int>::iterator DequeIntIter: // Вспомогательное определение

deque<int> di;

...

DoSomething d; // Создать объект функции

for_each<DequeIntIter, //Вызвать for_each с типами

DoSomethng&>(di .begin(),//параметров DequelntIter

di.end(),//и DoSomething&: в результате

d);//происходит передача

//и возврат по ссылке.

Пользователи STL почти никогда не используют эту возможность, а в некоторых реализациях алгоритмов STL при передаче объектов функций по ссылке программы даже не компилируются. В продолжение этого совета будем считать, что объекты функций всегда передаются по значению, поскольку на практике это почти всегда так.

Поскольку объекты функций передаются и возвращаются по значению, вы должны позаботиться о том, чтобы объект функции правильно работал при передаче подобным способом (то есть копированием). Для этого необходимо соблюдение двух условий. Во-первых, объекты функций должны быть небольшими, в противном случае копирование обойдется слишком дорого. Во-вторых, объекты функций должны быть мономорфными (то есть не полиморфными), поэтому в них не могут использоваться виртуальные функции. Второе требование связано с тем, что при передаче по значению объектов производных классов в параметрах базового класса происходит отсечение: в процессе копирования удаляются специализированные составляющие (другой пример проблемы отсечения в STL приведен в совете 3).