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.

---

VWIterPar p = equal_range(vw.begin(),vw.end(),w);

if (p.first != p.second){// Если equal_range возвращает

// непустой интервал...

// Значение найдено, p.first

// указывает на первый элемент

// интервала, а p.second -

// на позицию за последним элементом

} else {

// Значение не найдено, p.first

// и p.second указывают на точку

// вставки искомого значения

}

В этом фрагменте используется только критерий эквивалентности, поэтому он всегда верен.

Другая особенность возвращаемого значения equal_range заключается в том, что расстояние между двумя итераторами равно количеству объектов в интервале, то есть количеству объектов, эквивалентных искомому объекту. В результате equal_range не только выполняет функции find для сортированных интервалов, но и заменяет count. Например, поиск в vw объектов Widget, эквивалентных w, с последующим выводом их количества может выполняться следующим образом:

VWIterPair р = equal_range(vw.begin(),vw.end(),w);

cout « "There are " « distance(p.first,p.second)

« " elements in vw equivalent to w.";

До настоящего момента предполагалось, что в интервале ищется некоторое значение, но есть ситуации, в которых возникает задача поиска граничной позиции. Предположим, у нас имеется класс Timestamp и вектор объектов Timestamp, отсортированный от «старых» объектов к «новым»:

class Timestamp {...};

bool operator<(const Timestamp& lhs. //Проверяет, предшествует ли

const Timestamp& rhs); // объект lhs объекту rhs по времени

vector<Timestamp> vt;// Создать вектор, заполнить данными

// и отсортировать так, чтобы

sort(vt.begin(),vt.end()); // "старые" объекты предшествовали "новым"

Предположим, из vt требуется удалить все объекты, предшествующие некоторому пороговому объекту ageLimit. В данном случае не нужно искать в vt объект Timestamp, эквивалентный ageLimit, поскольку объекта с точно совпадающим значением может и не быть. Вместо этого в vt ищется граничная позиция, то есть первый элемент, не старший ageLimit. Задача решается элементарно, поскольку алгоритм lowebound предоставляет всю необходимую информацию:

Timestamp ageLimit;

vt.erase(vt.begin().lower_bound(vt.begin(),// Удалить из vt все объекты,

vt.end(),// предшествующие значению

ageLimit));// ageLimit

Слегка изменим условия задачи. Допустим, требуется удалить все объекты, предшествующие или равные ageLmt. Для этого необходимо найти первый объект после ageLmt. Для решения задачи идеально подходит алгоритм upper_bound:

vt.erase(vt.begin(),upper_bound(vt.begin(). // Удалить из vt все объекты,

vt.end(), // предшествующие или

ageLimit));

// эквивалентные ageLimit

Алгоритм upper_bound также часто применяется при вставке в сортированные интервалы, когда объекты с эквивалентными значениями должны следовать в контейнере в порядке вставки. Рассмотрим сортированный список объектов Person, в котором объекты сортируются по имени:

class Person { public:

const string& name() const;

…

}

struct PersonNameLess:

public binary_function<Person, Person, bool> { // См. совет 40

bool operator()(const Person& lhs, const Person& rhs) const

{

return lhs.name()<rhs.name();

}

list<Person> lp;

lp.sort(PersonNameLess());// Отсортировать lp по критерию

// PersonNameLess

Чтобы список сортировался требуемым образом (по имени, с хранением эквивалентных имен в порядке вставки), можно воспользоваться алгоритмом upper_ bound для определения позиции вставки:

Person newPerson;

lp.insert(upper_bound(lp.begin(),// Вставить newPerson за последним

Ip.end(), // объектом lр. предшествующим

newPerson, // или эквивалентным newPerson

PersonNameLess()).

newPerson);

Приведенное решение работоспособно и достаточно удобно, но не стройте иллюзий насчет того, что оно каким-то волшебным способом обеспечивает поиск точки вставки в контейнер list с логарифмической сложностью. Как объясняется в совете 34, при работе с list поиск занимает линейное время, но при этом выполняется логарифмическое количество сравнений.

До настоящего момента рассматривался только случай, когда поиск осуществляется в интервале, определяемом парой итераторов. Довольно часто работать приходится со всем контейнером вместо интервала. В этом случае необходимо различать последовательные и ассоциативные контейнеры. Для стандартных последовательных контейнеров (vector, string, deque и list) достаточно следовать рекомендациям, изложенным ранее, используя начальный и конечный итераторы контейнера для определения интервала.

Со стандартными ассоциативными контейнерами (set, multiset, map, multimap) дело обстоит иначе. В них предусмотрены функции поиска, которые по своим возможностям обычно превосходят алгоритмы STL Превосходство функций контейнеров перед алгоритмами подробно рассматривается в совете 44; если говорить кратко — они быстрее работают и ведут себя более последовательно. К счастью, имена функций обычно совпадают с именами соответствующих алгоритмов, поэтому там, где речь идет об алгоритмах count, find, lower_bound, upper_bound и equal_range, при поиске в ассоциативных контейнерах вместо них достаточно выбрать одноименную функцию. К сожалению, для алгоритма binary_search парной функции не существует. Чтобы проверить наличие значения в контейнере set или map, воспользуйтесь идиоматической ролью count как условия проверки:

set<Widget> s;// Создать множество, заполнить данными

Widget w:// Искомое значение

if (s.count(w)) { // Существует значение, эквивалентное w

} else {

// Эквивалентное значение не существует

}

При проверке присутствия значений в контейнерах multiset или multimap функция find обычно превосходит count, поскольку она останавливается при обнаружении первого объекта с искомым значением, а функция count в худшем случае просматривает все элементы контейнера.

Тем не менее при подсчете объектов в ассоциативных контейнерах count надежно занимает свою нишу. В частности, вызов count предпочтительнее вызова equal_range с последующим применением distance к полученным итераторам. Во-первых, само название функции подсказывает ее смысл — слово count означает «подсчет». Во-вторых, count упрощает работу программиста, поскольку ему не приходится создавать пару и передавать ее компоненты при вызове distance. В-третьих, count работает чуть быстрее.

Попробуем подвести итог всему, о чем говорилось в настоящем совете. Информация собрана в следующей таблице.

Алгоритм Функция контейнера Что вы хотите узнать Несортированный интервал Сортированный интервал Для set и map Для multiset и multimap Присутствует ли заданное значение? find binary_search count find Присутствует ли заданное значение? И если присутствует, то где находится первый объект с этим значением? find equal_range find find или lower_bound (см. ранее) Где находится первый объект со значением, не предшествующим заданному? find_if lower_bound lower_bound lower_bound Где находится первый объект со значением, следующим после заданного? find_if upper_bound upper_bound upper_bound Сколько объектов имеют count equal_range count count заданное значение? Где находятся все equal_range equal_range equal_ Find (итеративный вызов) объекты с заданным range значением?

Несколько странно выгладит частое присутствие equal_range в столбце, относящемся к сортированным интервалам. Оно связано с особой ролью проверки эквивалентности при поиске. Использование lower_bound и upper_bound чревато ошибочной проверкой равенства, а при использовании equal_range более естественно выглядит проверка эквивалентности. Во второй строке предпочтение отдается equal_range еще по одной причине: equal_range работает с логарифмическим временем, а вызов find связан с линейными затратами времени.

Для контейнеров multiset и multimap в качестве возможных кандидатов для поиска первого объекта с заданным значением указаны два алгоритма, find и lower_ bound. Обычно для решения этой задачи выбирается find — возможно, вы обратили внимание, что именно этот алгоритм указан в таблице для контейнеров set и map. Однако multi -контейнеры не гарантируют, что при наличии нескольких элементов с заданным значением find найдет первый элемент в контейнере; известно лишь то, что будет найден один из этих элементов. Если вы действительно хотите найти первый объект с заданным значением, воспользуйтесь lower_bound и выполните вручную вторую часть проверки эквивалентности, описанной в совете 19 (без этой проверки можно обойтись при помощи equal _range, но вызов equal range обходится дороже, чем вызов lower_bound).