Скотт Мейерс - Эффективное использование STL

• Название: Эффективное использование STL
• Автор: Скотт Мейерс
• Издательство: Питер
• Жанр: Программирование
• Год: 2002
• 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.

---

К счастью, вам вряд ли придется создавать собственные умные указатели, поскольку найти проверенную реализацию не так сложно. Примером служит указатель shared_ptr из библиотеки Boost (совет 50). Используя shared_ptr, можно записать исходный пример данного совета в следующем виде:

void doSomething() {

 typedef boost::shared_ptr<Widget> SPW; //SPW = "shared pointer

                                        // to Widget"

 vector<SPW> vwp;

 for (int i=0; i<SOME_MAGIC_NUMBER; ++i) //Создать SPW no Widget*

  vwp.push_back(SPW(new Widget));        //и вызвать push_back

  …                                      //Использовать vwp

} //Утечки Widget не происходит.

  //даже если в предыдущем фрагменте

  //произойдет исключение

Никогда не следует полагать, что автоматическое удаление указателей можно обеспечить созданием контейнера, содержащего auto_ptr. Эта кошмарная мысль чревата такими неприятностями, что я посвятил ей совет 8.

Главное, что необходимо запомнить: контейнеры STL разумны, но они не смогут решить, нужно ли удалять хранящиеся в них указатели. Чтобы избежать утечки ресурсов при работе с контейнерами указателей, необходимо либо воспользоваться объектами умных указателей с подсчетом ссылок (такими, как shared_ptr из библиотеки Boost), либо вручную удалить каждый указатель при уничтожении контейнера.

Напрашивается следующая мысль: если структура DeleteObject помогает справиться с утечкой ресурсов для контейнеров, содержащих указатели на объекты, можно создать аналогичную структуру DeleteArray, которая поможет избежать утечки ресурсов для контейнеров с указателями на массивы. Конечно, такое решение возможно. Другой вопрос, насколько оно разумно. В совете 13 показано, почему динамически размещаемые массивы почти всегда уступают vector и string, поэтому прежде чем садиться за написание DeleteArray, пожалуйста, прочитайте совет 13. Может быть, он убедит вас в том, что лучше обойтись без DeleteArray.

Совет 8. Никогда не создавайте контейнеры, содержащие auto_ptr

Честно говоря, в книге, посвященной эффективному использованию STL, данный совет не совсем уместен. Контейнеры auto_ptr (COAP, Containers Of Auto_Ptr) запрещены, а программа, которая попытается их использовать, не будет компилироваться. Комитет по стандартизации C++ приложил неслыханные усилия в этом направлении. Возможно, мне вообще не стоило бы говорить о контейнерах auto_ ptr — о них вам расскажет компилятор, причем в самых нелестных выражениях.

Однако многие программисты работают на платформах STL, на которых COAP не запрещены. Более того, многие программисты по-прежнему подвержены иллюзии и видят в COAP простое, прямолинейное, эффективное средство для борьбы с утечкой ресурсов, часто присущей контейнерам указателей (советы 7 и 33). В результате возникает искушение воспользоваться COAP, даже если их невозможно создать.

Вскоре я объясню, почему COAP произвели такой переполох, что Комитет по стандартизации предпринял специальные шаги по их запрещению. А пока начнем с первого недостатка, для понимания которого не нужно разбираться в auto_ptr и вообще в контейнерах: COAP не переносимы. Да и как может быть иначе? Они запрещены стандартом C++, и наиболее передовые платформы STL уже выполняют это требование. Вероятно, со временем платформы STL, которые сейчас не соответствуют Стандарту, выполнят его требования. Когда это произойдет, программы, использующие COAP, станут еще менее переносимыми, чем сейчас. Тот, кто заботится о переносимости своих программ, отвергнет COAP хотя бы по этой причине.

Впрочем, не исключено, что переносимость вас не волнует. Если это так, позвольте напомнить об уникальном (а по мнению некоторых — нелепом) смысле операции копирования auto_ptr.

При копировании auto_ptr право владения объектом, на который ссылается указатель, переходит к копии, а исходному указателю присваивается NULL. Да, вы не ошиблись: копирование указателя auto_ptr приводит к его модификации.

auto_ptr<Widget> pw1(new Widget); //pw1 ссылается на Widget

auto_ptr<Widget> pw2(pw1);        //pw2 ссылается на объект Widget,

                                  //принадлежащий pw1; pw1 присваивается

                                  //NULL (таким образом, объект Widget

                                  //передается от pw1 к pw2)

pwl = pw2; //pw1 снова ссылается на Widget:

           //pw2 присваивается NULL

Конечно, такое поведение необычно и даже по-своему интересно, но для пользователя STL в первую очередь важно то, что оно приводит к крайне неожиданным последствиям. Рассмотрим внешне безобидный фрагмент, который создает вектор auto_ptr<Widget> и сортирует его функцией, сравнивающей значения Widget:

bool WidgetAPCompare(const auto_ptr<Widget>& lhs, const auto_ptr<Widget>& rhs) {

 return *lhs < *rhs; // Предполагается, что для объектов Widget

                     // существует оператор <

}

vector<auto_ptr<Widget> > widgets; // Создать вектор и заполнить его

…                                  // указателями auto_ptr на Widget.

                                   // Помните, что этот фрагмент

                                   // не должен компилироваться!

sort(widgets.begin(), widgets.end(), // Отсортировать вектор

 widgetAPCompare);

Пока все выглядит вполне разумно, да и с концептуальной точки зрения все действительно разумно — но результат разумным никак не назовешь. Например, в процессе сортировки некоторым указателям auto_ptr, хранящимся в Widget, может быть присвоено значение NULL. Сортировка вектора приводит к изменению его содержимого! Давайте разберемся, как это происходит.

Оказывается, реализация sort часто строится на некой разновидности алгоритма быстрой сортировки. Работа этого алгоритма строится на том, что некоторый элемент контейнера выбирается в качестве «опорного», после чего производится рекурсивная сортировка по значениям, большим и меньшим либо равным значению опорного элемента. Реализация такого алгоритма в sort может выглядеть примерно так:

template<class RandomAccessIterator, // Объявление sort скопировано

 class Compare>                      // прямо из Стандарта

void sort(RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last, Compare comp) {

 // typedef описывается ниже

 typedef typename iterator_traits<RandomAccessIterator>::value_type ElementType;

 RandomAccessIterator i;

 ...                         // Присвоить i указатель на опорный элемент

 ElementType pivotValue(*i); // Скопировать опорный элемент в локальную

 ...                         // временную переменную; см. далее комментарий.

                             // Остальная сортировка

}

Если вы не привыкли читать исходные тексты STL, этот фрагмент выглядит жутковато, но в действительности в нем нет ничего страшного. Нетривиально здесь выглядит только запись iterator_traits<RandomAccessIterator>::value_type,  но это всего лишь принятое в STL обозначение типа объекта, на который указывают итераторы, переданные sort. Перед ссылкой iterator_traits<RandomAccessIterator>::value_type должен стоять префикс typename, поскольку это имя типа, зависящее от параметра шаблона (в данном случае RandomAccessIterator), — дополнительная информация приведена на с. 20.

Проблемы возникают из-за следующей команды, которая копирует элемент из сортируемого интервала в локальный временный объект:

ElementType pivotValue(*i);

В данном случае элементом является auto_ptr<Widget>, поэтому в результате скопированному указателю auto_ptr (тому, который хранится в векторе) присваивается NULL. Более того, когда pivotValue выходит из области видимости, происходит автоматическое удаление объекта Widget, на который pivotValue ссылается. Итак, после вызова sort содержимое вектора изменяется и по меньшей мере один объект Widget удаляется. Вследствие рекурсивности алгоритма быстрой сортировки существует вероятность того, что сразу нескольким элементам вектора будет присвоено значение NULL и сразу несколько объектов Widget будут удалены, поскольку опорный элемент копируется на каждом уровне рекурсии.

Подобные ловушки весьма зловредны, и Комитет по стандартизации постарался, чтобы вы заведомо не попадались в них. Уважайте их труд и никогда не создавайте контейнеры auto_ptr, даже если ваша платформа STL это позволяет.

Впрочем, это вовсе не исключает возможности создания контейнеров умных указателей. Контейнеры умных указателей вполне допустимы. В совете 50 описано, где найти умные указатели, хорошо работающие в контейнерах STL, просто auto_ptr не относится к их числу.