Стенли Липпман - Язык программирования C++. Пятое издание

• Название: Язык программирования C++. Пятое издание
• Автор: Стенли Липпман
• Издательство: Издательский дом "Вильямс"
• Жанр: Программирование
• Год: 2014
• ISBN: 978-5-8459-1839-0

Лучшее руководство по программированию и справочник по языку, полностью пересмотренное и обновленное под стандарт С++11!

Вы держите в руках новое издание популярного и исчерпывающего бестселлера по языку программирования С++, которое было полностью пересмотрено и обновлено под стандарт С++11. Оно поможет вам быстро изучить язык и использовать его весьма эффективными и передовыми способами. В соответствии с самыми передовыми и современными методиками изложения материала авторы демонстрируют использование базового языка и его стандартной библиотеки для разработки эффективного, читабельного и мощного кода.

С самого начала этой книги читатель знакомится со стандартной библиотекой С++, ее самыми популярными функциями и средствами, что позволяет сразу же приступить к написанию полезных программ, еще не овладев всеми нюансами языка. Большинство примеров из книги было пересмотрено так, чтобы использовать новые средства языка и продемонстрировать их наилучшие способы применения. Эта книга — не только проверенное руководство для новичков в С++, она содержит также авторитетное обсуждение базовых концепций и методик языка С++ и является ценным ресурсом для опытных программистов, особенно желающих побыстрей узнать об усовершенствованиях С++11.

Стенли Б. Липпман работал старшим консультантом в Jet Propulsion Laboratory, архитектором группы Visual С++ корпорации Microsoft, техническим сотрудником Bell Laboratories и главным инженером- программистом по анимации в кинокомпаниях Disney, DreamWorks, Pixar и PDI.

Жози Лажойе, работающий ныне в кинокомпании Pixar, был членом канадской группы разработчиков компилятора C/C++ корпорации IBM, а также возглавлял рабочую группу базового языка С++ в составе международной организации по стандартизации ANSI/ISO.

Барбара Э. Му имеет почти тридцатилетний опыт программирования. На протяжении пятнадцати лет она работала в компании AT&T, сотрудничая с Бьярне Страуструпом, автором языка С++, и несколько лет руководила группой разработчиков С++.

• Узнайте, как использовать новые средства языка С++11 и стандартной библиотеки для быстрого создания надежных программ, а также ознакомьтесь с высокоуровневым программированием

• Учитесь на примерах, в которых показаны передовые стили программирования и методики проектирования

• Изучите принципы и узнайте почему язык С++11 работает именно так

• Воспользуйтесь множеством перекрестных ссылок, способных помочь вам объединить взаимосвязанные концепции и проникнуть в суть

• Ознакомьтесь с современными методиками обучения и извлеките пользу из упражнений, в которых подчеркиваются ключевые моменты, позволяющие избежать проблем

• Освойте лучшие методики программирования и закрепите на практике изученный материал

Исходный код примеров можно загрузить с веб-страницы книги на сайте издательства по адресу: http://www.williamspublishing.com

---

// бесполезный цикл, удаляющий четные элементы и вставляющий дубликаты

// нечетных

vector<int> vi = {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9};

auto iter = vi.begin(); // поскольку vi изменяется, используется

                        // функция begin(), а не cbegin()

while (iter != vi.end()) {

 if (*iter % 2) {

  iter = vi.insert(iter, *iter); // дублирует текущий элемент

  iter +=2;                      // переместить через элемент

 } else

  iter = vi.erase(iter); // удалить четные элементы

 // не перемещать итератор; iter обозначает элемент после

 // удаленного

}

Эта программа удаляет четные элементы и дублирует соответствующие нечетные. После вызова функций insert() и erase() итератор обновляется, поскольку любая из них способна сделать итератор недопустимой.

После вызова функции erase() никакой необходимости в приращении итератора нет, поскольку возвращенный ею итератор обозначает следующий элемент в последовательности. После вызова функции insert() итератор увеличивается на два. Помните, функция insert() осуществляет вставку перед указанной позицией и возвращает итератор на вставленный элемент. Таким образом, после вызова функции insert() итератор iter обозначает элемент (недавно добавленный) перед обрабатываемым. Приращение на два осуществляется для того, чтобы перескочить через добавленный и только что обработанный элементы. Это перемещает итератор на следующий необработанный элемент.

Не храните итератор, возвращенный функцией end()

При добавлении или удалении элементов в контейнер vector или string либо при добавлении или удалении элементов в любую, кроме первой, позицию контейнера deque возвращенный функцией end() итератор всегда будет недопустимым. Потому циклы, которые добавляют или удаляют элементы, всегда должны вызывать функцию end(), а не использовать хранимую копию. Частично поэтому стандартные библиотеки С++ реализуют обычно функцию end() так, чтобы она выполнялась очень быстро.

Рассмотрим, например, цикл, который обрабатывает каждый элемент и добавляет новый элемент после исходного. Цикл должен игнорировать добавленные элементы и обрабатывать только исходные. После каждой вставки итератор позиционируется так, чтобы обозначить следующий исходный элемент. Если попытаться "оптимизировать" цикл, сохраняя итератор, возвращенный функцией end(), то будет беда:

// ошибка: поведение этого цикла непредсказуемо

auto begin = v.begin(),

 end = v.end(); // плохая идея хранить значение итератора end

while (begin != end) {

 // некоторые действия

 // вставить новое значение и переприсвоить итератор begin, который

 // в противном случае окажется недопустимым

 ++begin; // переместить begin, поскольку вставка необходима после

          // этого элемента

 begin = v.insert(begin, 42); // вставить новое значение

 ++begin; // переместить begin за только что добавленный элемент

}

Поведение этого кода непредсказуемо. На многих реализациях получится бесконечный цикл. Проблема в том, что возвращенное функцией end() значение хранится в локальной переменной end. В теле цикла добавляется элемент. Добавление элемента делает итератор, хранимый в переменной end, недопустимым. Этот итератор не указывает ни на какой элемент в контейнере v, ни на следующий после его конца.

Не кешируйте возвращаемый функцией end() итератор в циклах, которые вставляют или удаляют элементы в контейнере deque, string или vector.

Вместо того чтобы хранить итератор end, его следует повторно вычислять после каждой вставки:

// существенно безопасный: повторно вычислять end после каждого

// добавления/удаления элементов

while (begin != v.end()) {

 // некоторые действия

 ++begin; // переместить begin, поскольку вставка необходима после

          // этого элемента

 begin = v.insert(begin, 42); // вставить новое значение

 ++begin; // переместить begin за только что добавленный элемент

}

Упражнения раздела 9.3.6

Упражнение 9.31. Программа из пункта «Создание циклов, которые изменяют контейнер», удаляющая четные и дублирующая нечетные элементы, не будет работать с контейнером list или forward_list. Почему? Переделайте программу так, чтобы она работала и с этими типами тоже.

Упражнение 9.32. Будет ли допустим в указанной выше программе следующий вызов функции insert()? Если нет, то почему?

iter = vi.insert(iter, *iter++);

Упражнение 9.33. Что будет, если в последнем примере этого раздела не присваивать переменной begin результат вызова функции insert()? Напишите программу без этого присвоения, чтобы убедиться в правильности своего предположения.

Упражнение 9.34. Учитывая, что vi является контейнером целых чисел, содержащим четные и нечетные значения, предскажите поведение следующего цикла. Проанализировав этот цикл, напишите программу, чтобы проверить правильность своих ожиданий.

iter = vi.begin();

while (iter != vi.end())

 if (*iter % 2)

  iter = vi.insert(iter, *iter);

 ++iter;

9.4. Как увеличивается размер вектора

Для обеспечения быстрого произвольного доступа элементы вектора хранятся последовательно — каждый элемент рядом с предыдущим. Как правило, нас не должно заботить то, как реализован библиотечный тип; достаточно знать, как его использовать. Но в случае векторов и строк реализация частично просачивается в интерфейс.

С учетом того, что элементы последовательны и размер контейнера гибок, рассмотрим происходящее при добавлении элемента в вектор или строку: если для нового элемента нет места, контейнер не сможет просто добавить элемент в некую другую область памяти — элементы должны располагаться последовательно. Поэтому контейнер должен зарезервировать новую область памяти, достаточную для содержания уже существующих элементов, плюс новый элемент, а затем переместить элементы из старой области в новую, добавить новый элемент и освободить старую область памяти. Если бы вектор осуществлял резервирование и освобождение памяти при каждом добавлении элемента, его работа была бы неприемлемо медленной.

Во избежание дополнительных затрат конструкторы библиотечных контейнеров используют стратегию, сокращающую количество повторных резервирований. При необходимости выделения новой области памяти реализации классов vector и string обычно резервируют больший объем, чем необходимо в данный момент. Контейнер хранит его в резерве и использует для размещения новых элементов при их добавлении. Поэтому нет никакой необходимости в повторном резервировании места для контейнера при каждом добавлении нового элемента.

Эта стратегия резервирования существенно эффективней таковой при каждой необходимости добавления нового элемента. Фактически ее производительность настолько высока, что на практике вектор обычно растет эффективней, чем список или двухсторонняя очередь, хотя вектор должен еще перемещать свои элементы при каждом повторном резервировании памяти.

Функции-члены управления емкостью

Типы vector и string предоставляют описанные в табл. 9.10 функции-члены, позволяющие взаимодействовать с частью реализации, относящейся к резервированию памяти. Функция capacity() сообщает количество элементов, которое контейнер может создать прежде, чем ему понадобится занять больший объем памяти. Функция reserve() позволяет задать количество резервируемых элементов.

Таблица 9.10. Управление размером контейнера

Функция shrink_to_fit() допустима только для контейнеров vector, string и deque. Функции capacity() и reserve() допустимы только для контейнеров vector и string. c.shrink_to_fit() Запрос на уменьшение емкости в соответствии с размером c.capacity() Количество элементов, которое может иметь контейнер с прежде, чем понадобится повторное резервирование c.reserve(n) Резервирование места по крайней мере для n элементов

Функция reserve() не изменяет количество элементов в контейнере; она влияет только на объем памяти, предварительно резервируемой вектором.