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.

---

Вероятно, вы уже поняли: говорить о том, что функция base класса reverse_iterator возвращает «соответствующий» iterator, не совсем правильно. В отношении вставки это действительно так, а в отношении удаления — нет. При преобразовании reverse_iterator в iterator важно знать, какие операции будут выполняться с полученным объектом iterator. Только в этом случае вы сможете определить, подойдет ли он для ваших целей.

Совет 29. Рассмотрите возможность использования istreambuf_iterator при посимвольном вводе

Предположим, вы хотите скопировать текстовый файл в объект string. На первый взгляд следующее решение выглядит вполне разумно:

ifstream inputFile("interestringData.txt");

string fileData(istream_iterator<char>(inputFile)), // Прочитать inputFile

 istream iterator<char>());                         // в fileData

Но вскоре выясняется, что приведенный синтаксис не копирует в строку пропуски (whitespace), входящие в файл. Это объясняется тем, что istream_iterator производит непосредственное чтение функциями operator<<, а эти функции по умолчанию не читают пропуски.

Чтобы сохранить пропуски, входящие в файл, достаточно включить режим чтения пропусков сбросом флага skipws для входного потока:

ifstream inputFile("interestingData.txt");

inputFile.unset(ios::skipws); // Включить режим

                              // чтения пропусков

                              // в inputFile

string fileData(istream_iterator<char>(inputFile)), // Прочитать inputFile

 istream_iterator<char>());                         // в fileData.

Теперь все символы InputFile копируются в fileData.

Кроме того, может выясниться, что копирование происходит не так быстро, как вам хотелось бы. Функции operator<<, от которых зависит работа stream_iterator, производят форматный ввод, а это означает, что каждый вызов сопровождается многочисленными служебными операциями. Они должны создать и уничтожить объекты sentry (специальные объекты потоков ввода-вывода, выполняющие начальные и завершающие операции при каждом вызове operator<<); они должны проверить состояние флагов, влияющих на их работу (таких, как skpws); они должны выполнить доскональную проверку ошибок чтения, а в случае обнаружения каких-либо проблем — проанализировать маску исключений потока и определить, нужно ли инициировать исключение. Все перечисленные операции действительно важны при форматном вводе, но если ваши потребности ограничиваются чтением следующего символа из входного потока, без них можно обойтись.

Более эффективное решение основано на использовании неприметного итератора istreambuf_iterator. Итераторы istreambuf_iterator работают аналогично istream_iterator, но если объекты istream_iterator<char> читают отдельные символы из входного потока оператором <<, то объекты streambuf_iterator обращаются прямо к буферу потока и непосредственно читают следующий символ (выражаясь точнее, объект streambuf_iterator<char> читает следующий символ из входного потока s вызовом s.rdbuf ()->sgetc()).

Перейти на использование istreambuf_iterator при чтении файла так просто, что даже программист Visual Basic сделает это со второй попытки:

ifstream inputFile("interestingData.txt");

string fileData(istreambuf_iterator<char>(inputFile)),

 istreambuf_iterator<char>0);

На этот раз сбрасывать флаг skpws не нужно, итераторы streambuf_iterator никогда не пропускают символы при вводе и просто возвращают следующий символ из буфера.

По сравнению с istream_iterator это происходит относительно быстро. В проведенных мною простейших тестах выигрыш по скорости достигал 40%, хотя в вашем случае цифры могут быть другими. Не удивляйтесь, если быстродействие будет расти со временем; итераторы istreambuf_iterator населяют один из заброшенных уголков STL, и авторы реализаций еще недостаточно позаботились об их оптимизации. Например, в моих примитивных тестах итераторы istreambuf_iterator одной из реализаций работали всего на 5% быстрее, чем istream_iterator. В таких реализациях остается широкий простор для оптимизации istreambuf_iterator.

Если вы планируете читать из потока по одному символу, не нуждаетесь в средствах форматирования ввода и следите за эффективностью выполняемых операций, три лишних символа на итератор — не такая уж дорогая цена за заметный рост быстродействия. При неформатном посимвольном вводе всегда рассматривайте возможность применения sreambuf_iterator.

Раз уж речь зашла о буферизованных итераторах, следует упомянуть и об использовании ostreambuf_iterator при неформатном посимвольном выводе. По сравнению с ostream_iterator итераторы ostreambuf_iterator обладают меньшими затратами (при меньших возможностях), поэтому обычно они превосходят их по эффективности.

Алгоритмы

В начале главы 1 я упоминал о том, что львиная доля репутации STL связана с контейнерами, и это вполне объяснимо. Контейнеры обладают массой достоинств и упрощают повседневную работу бесчисленных программистов C++. Но и алгоритмы STL тоже по-своему замечательны и в той же степени облегчают бремя разработчика. Существует более 100 алгоритмов, и встречается мнение, что они предо-ставляют программисту более гибкий инструментарий по сравнению с контейнерами (которых всего-то восемь!). Возможно, недостаточное применение алгоритмов отчасти и объясняется их количеством. Разобраться в восьми типах контейнеров проще, чем запомнить имена и предназначение многочисленных алгоритмов.

В этой главе я постараюсь решить две основные задачи. Во-первых, я представлю некоторые малоизвестные алгоритмы и покажу, как с их помощью упростить себе жизнь. Не беспокойтесь, вам не придется запоминать длинные списки имен. Алгоритмы, представленные в этой главе, предназначены для решения повседневных задач — сравнение строк без учета регистра символов, эффективный поиск n объектов, в наибольшей степени соответствующих заданному критерию, обобщение характеристик всех объектов в заданном интервале и имитация copy_if (алгоритм из исходной реализации HP STL, исключенный в процессе стандартизации).

Во-вторых, я научу вас избегать стандартных ошибок, возникающих при работе с алгоритмами. Например, при вызове алгоритма remove и его родственников remove_if и unique необходимо точно знать, что эти алгоритмы делают (и чего они не делают). Данное правило особенно актуально при вызове remove для интервала, содержащего указатели. Многие алгоритмы работают только с отсортированными интервалами, и программист должен понимать, что это за алгоритмы и почему для них установлено подобное ограничение. Наконец, одна из наиболее распространенных ошибок, допускаемых при работе с алгоритмами, заключается в том, что программист предлагает алгоритму записать результаты своей работы в несуществующую область памяти. Я покажу, как это происходит и как предотвратить эту ошибку.

Возможно, к концу главы вы и не будете относиться к алгоритмам с тем же энтузиазмом, с которым обычно относятся к контейнерам, но по крайней мере будете чаще применять их в своей работе.

Совет 30. Следите за тем, чтобы приемный интервал имел достаточный размер

Контейнеры STL автоматически увеличиваются с добавлением новых объектов (функциями insert, push_front, push_back и т. д.). Автоматическое изменение размеров чрезвычайно удобно, и у многих программистов создается ложное впечатление, что контейнер сам обо всем позаботится и им никогда не придется следить за наличием свободного места. Если бы так!

Проблемы возникают в ситуации, когда программист думает о вставке объектов в контейнер, но не сообщает о своих мыслях STL. Типичный пример:

int transmogrify(int х); // Функция вычисляет некое новое значение

                         // по переданному параметру х

vector<int> values;

… // Заполнение вектора values данными

vector<int> results;     // Применить transmogrify к каждому объекту

transform(values.begin(), // вектора values и присоединить возвращаемые

 values.end(),            // значения к results.

 results.end(),           // Фрагмент содержит ошибку!

 transmogrify);

В приведенном примере алгоритм transform получает информацию о том, что приемный интервал начинается с results.end. С этой позиции он и начинает вывод значений, полученных в результате вызова transmogrify для каждого элемента values. Как и все алгоритмы, использующие приемный интервал, transform записывает свои результаты, присваивая значения элементам заданного интервала. Таким образом, transform вызовет transmogrify для values[0] и присвоит результат *results.end(). Затем функция transmogrify вызывается для values[1] с присваиванием результата *(results.end()+1). Происходит катастрофа, поскольку в позиции *results.end() (и тем более в *(results.end()+1)) не существует объекта! Вызов transform некорректен из-за попытки присвоить значение несуществующему объекту (в совете 50 объясняется, как отладочная реализация STL позволит обнаружить эту проблему на стадии выполнения).