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.

---

Допуская подобную ошибку, программист почти всегда рассчитывает на то, что результаты вызова алгоритма будут вставлены в приемный контейнер вызовом insert. Если вы хотите, чтобы это произошло, так и скажите. В конце концов, STL — всего лишь библиотека, и читать мысли ей не положено. В нашем примере задача решается построением итератора, определяющего начало приемного интервала, вызовом back_inserter:

vector<int> values;

transform(values.begin(), // Применить transmogrify к каждому

 values.end(),            // объекту вектора values

 back_inserter(results),  // и дописать значения в конец results

 transmogrify);

При использовании итератора, возвращаемого при вызове back_inserter, вызывается push_back, поэтому back_inserter может использоваться со всеми контейнерами, поддерживающими push_back (то есть со всеми стандартными последовательными контейнерами: vector, string, deque и list). Если вы предпочитаете, чтобы алгоритм вставлял элементы в начало контейнера, Воспользуйтесь front_inserter. Во внутренней реализации front_inserter используется push_front, поэтому front_inserter работает только с контейнерами, поддерживающими эту функцию (то есть deque и list).

… //См. ранее

list<int> results; // Теперь используется

                   // контейнер list

transform(values.begin(), values.end(), // Результаты вызова transform

 front_inserter(results),               // вставляются в начало results

 transmogrify); //в обратном порядке

Поскольку при использовании front_inserter новые элементы заносятся в начало results функцией push_front, порядок следования объектов в results будет обратным по отношению к порядку соответствующих объектов в values. Это ишь одна из причин, по которым front_inserter используется реже back_inserter. Другая причина заключается в том, что vector не поддерживает push_front, поэтому front_inserter не может использоваться с vector.

Чтобы результаты transform выводились в начале results, но с сохранением порядка следования элементов, достаточно перебрать содержимое values в обратном порядке:

list<int> results; // См. ранее

…

transform(values.rbegin(), values.rend(), // Результаты вызова transform

 front_inserter(results),                 // вставляются в начало results

 transmogrify);                           // с сохранением исходного порядка

Итак, front_inserter заставляет алгоритмы вставлять результаты своей работы в начало контейнера, a back_inserter обеспечивает вставку в конец контейнера. Вполне логично предположить, что inserter заставляет алгоритм выводить свои результаты с произвольной позиции:

vector<int> values; // См. ранее

…

vector<int> results; // См. ранее - за исключением того, что

…                    // results на этот раз содержит данные

                     // перед вызовом transform.

transform(values.begin(), // Результаты вызова transmogrify

 values.end(),            // выводятся в середине results

 inserter(results, results, begin()+results.size()/2),

 transmogrify);

Независимо от выбранной формы — back_inserter, front_inserter или inserter — объекты вставляются в приемный интервал по одному. Как объясняется в совете 5, это может привести к значительным затратам для блоковых контейнеров (vector, string и deque), однако средство, предложенное в совете 5 (интервальные функции), неприменимо в том случае, если вставка выполняется алгоритмом. В нашем примере transform записывает результаты в приемный интервал по одному элементу, и с этим ничего не поделаешь.

При вставке в контейнеры vector и string для сокращения затрат можно последовать совету 14 и заранее вызвать reserve. Затраты на сдвиг элементов при каждой вставке от этого не исчезнут, но по крайней мере вы избавитесь от необходимости перераспределения памяти контейнера:

vector<int> values; // См. Ранее

vector<int> results;

…

results.reserve(results.size()+values.size()); // Обеспечить наличие

                                               // в векторе results

                                               // емкости для value.size()

                                               // элементов

transform(values.begin(), values.end(),               // То же, что и ранее,

 inserter(results, results.begin()+results.size()/2), // но без лишних

 transmogrify);                                       // перераспределений памяти

При использовании функции reserve для повышения эффективности серии вставок всегда помните, что reserve увеличивает только емкость контейнера, а размер остается неизменным. Даже после вызова reserve при работе с алгоритмом, который должен включать новые элементы в vector или string, необходимо использовать итератор вставки (то есть итератор, возвращаемый при вызове back_inserter, front_inserter или inserter).

Чтобы это стало абсолютно ясно, рассмотрим ошибочный путь повышения эффективности для примера, приведенного в начале совета (с присоединением результатов обработки элементов values к results):

vector<int> values; // См. ранее

vector<int> results;

…

results.reserve(results.size()+values.size()); // См. ранее

transform(values.begin(), values.end(), // Результаты вызова

 results.end(),                         // transmogrify записываются

 transmogrify);                         // в неинициализированную

                                        // память; последствия

                                        // непредсказуемы!

В этом фрагменте transform в блаженном неведении пытается выполнить присваивание в неинициализированной памяти за последним элементом results. Обычно подобные попытки приводят к ошибкам времени выполнения, поскольку операция присваивания имеет смысл лишь для двух объектов, но не между объектом и двоичным блоком с неизвестным содержимым. Но даже если этот код каким-то образом справится с задачей, вектор results не будет знать о новых «объектах», якобы созданных в его неиспользуемой памяти. С точки зрения results вектор после вызова transform сохраняет прежний размер, а его конечный итератор будет указывать на ту же позицию, на которую он указывал до вызова transform. Мораль? Использование reserve без итератора вставки приводит к непредсказуемым последствиям внутри алгоритмов и нарушению целостности данных в контейнере.

В правильном решении функция reserve используется в сочетании с итератором вставки:

vector<int> values; // См. ранее

vector<int> results;

…

results.reserve(results.size()+values.size()); // См. ранее

transform(values.begin(), values.end(), // Результаты вызова

 back_inserter(results),                // transmogrify записываются

 transmogrify);                         // в конец вектора results

                                        // без лишних перераспределений

                                        // памяти

До настоящего момента предполагалось, что алгоритмы (такие как transform) записывают результаты своей работы в контейнер в виде новых элементов. Эта ситуация является наиболее распространенной, но иногда новые данные требуется записать поверх существующих. В таких случаях итератор вставки не нужен, но вы должны в соответствии с данным советом проследить за тем, чтобы приемный интервал был достаточно велик.

Допустим, вызов transform должен записывать результаты в results поверх существующих элементов. Если количество элементов в results не меньше их количества в values, задача решается просто. В противном случае придется либо воспользоваться функцией resize для приведения results к нужному размеру:

vector<int> results;

…

if (results.size() < values.size()) { // Убедиться в том, что размер

 results.resize(values.size());       // results по крайней мере

}                                     // не меньше размера values

transform(values,begin(), values.end(), // Перезаписать первые

 back_inserter(results), // values.size() элементов results

 transmogrify);

либо очистить results и затем использовать итератор вставки стандартным способом:

…

results.clear();                // Удалить из results все элементы

results.reserve(values.size()); // Зарезервировать память

transform(values.begin(), values.end(), // Занести выходные данные