Совет 45. Различайте алгоритмы count, find, binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range

Предположим, вы ищете некоторый объект в контейнере или в интервале, границы которого обозначены итераторами. Как это сделать? В вашем распоряжении целый арсенал алгоритмов: count, find, binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range. Как же принять верное решение?

Очень просто. Основными критериями должны быть скорость и простота.

Временно предположим, что границы интервала поиска обозначены итераторами. Случай с поиском во всем контейнере будет рассмотрен ниже.

При выборе стратегии поиска многое зависит от того, определяют ли итераторы сортированный интервал. Если это условие выполнено, воспользуйтесь алгоритмами binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range для проведения быстрого поиска (обычно с логарифмической сложностью — см. совет 34). Если интервал не отсортирован, выбор ограничивается линейными алгоритмами count, count_if, find и find_if. В дальнейшем описании _if-версии алгоритмов count и find игнорируются, как и разновидности binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range, которым при вызове передается предикат. Алгоритм поиска выбирается по одним и тем же соображениям независимо от того, используете ли вы стандартный предикат или задаете свой собственный.

Итак, в несортированных интервалах выбор ограничивается алгоритмами count и find. Эти алгоритмы решают несколько отличающиеся задачи, к которым следует присмотреться повнимательнее. Алгоритм count отвечает на вопрос: «Присутствует ли заданное значение, и если присутствует — то в каком количестве экземпляров?». Для алгоритма find вопрос звучит так: «Присутствует ли заданное значение, и если присутствует — то где именно?»

Допустим, вы просто хотите проверить, присутствует ли в списке некоторое значение w класса Widget. При использовании алгоритма count решение выглядит так:

list lw;// Список объектов Widget

Widget w;// Искомое значение класса Widget

if (count(lw.begin().lw.end(),w)){

// Значение w присутствует в lw

} else {

// Значение не найдено

}

В приведенном фрагменте продемонстрирована стандартная идиома: применение count для проверки существования. Алгоритм count возвращает либо ноль, либо положительное число; в программе ненулевое значение интерпретируется как логическая истина, а ноль — как логическая ложь. Возможно, следующая конструкция более четко выражает суть происходящего:

if (count(lw.begin().lw.end(),w)!=0)...

Некоторые программисты предпочитают эту запись, но неявное преобразование, как в приведенном выше примере, встречается достаточно часто.

Решение с алгоритмом find выглядит чуть сложнее, поскольку возвращаемое значение приходится сравнивать с конечным итератором списка:

if(find(lw.begin(), lw.end(),w) !=w.end()){

...

} else {

...

}

В контексте проверки существования идиоматическое использование count чуть проще кодируется. С другой стороны, оно также менее эффективно при успешном поиске, поскольку find при обнаружении искомого значения немедленно прекращает поиск, a count продолжает искать дополнительные экземпляры до конца интервала. Для большинства программистов выигрыш в эффективности компенсирует дополнительные хлопоты, связанные с программированием find.

Впрочем, простой проверки существования во многих случаях бывает недостаточно; требуется также найти в интервале первый объект с заданным значением. Например, этот объект можно вывести, вставить перед ним другой объект или удалить его (удаление в процессе перебора рассматривается в совете 9). Если требуется узнать, какой объект (или объекты) имеют заданное значение, воспользуйтесь алгоритмом find:

list::iterator i = find(lw.begin(),lw.end(),w);

if (i!=lw.end()){

// Успешный поиск, i указывает на первый экземпляр

} else {

// Значение не найдено

}

При работе с сортированными интервалами существуют и другие варианты, и им определенно стоит отдать предпочтение. Алгоритмы count и find работают с линейной сложностью, тогда как алгоритмы поиска в сортированных интервалах (binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range) обладают логарифмической сложностью.

Переход от несортированных интервалов к сортированным влечет за собой изменение критерия сравнения двух величин. Различия между критериями подробно описаны в совете 19, поэтому я не стану повторяться и замечу, что алгоритмы count и find используют критерий равенства, а алгоритмы binary_search, lower_bound, upper_bound и equal range основаны на критерии эквивалентности.

Присутствие величины в сортированном интервале проверяется алгоритмом binary_search. В отличие от функции bsearch из стандартной библиотеки С (а значит, и стандартной библиотеки С++), алгоритм binary_search возвращает только bool. Алгоритм отвечает на вопрос: «Присутствует ли заданное значение в интервале?», и возможны только два ответа: «да» и «нет». Если вам понадобится дополнительная информация, выберите другой алгоритм.

Пример применения binary_search к сортированному вектору (преимущества сортированных векторов описаны в совете 23):

vector vw;

sort (vw. Begin(),vw.end());

// Создать вектор, заполнить // данными и отсортировать

Widget w:// Искомое значение

if(binary_search(vw.begin().vw.end(),w)) {

// Значение w присутствует в vw

} else {

// Значение не найдено

}

Если у вас имеется сортированный интервал и вы ищете ответ на вопрос: «Присутствует ли заданное значение в интервале, и если присутствует — то где именно?», следует использовать алгоритм equal_range, хотя на первый взгляд кажется, что вам нужен алгоритм lower_bound. Вскоре мы вернемся к equal_range, а пока проанализируем поиск в интервалах с применением алгоритма lower_bound.

При поиске заданной величины в интервале алгоритм lower_bound возвращает итератор, указывающий на первый экземпляр этой величины (в случае успешного поиска) или на правильную позицию вставки (в случае неудачи). Таким образом, алгоритм lower_bound отвечает на вопрос: «Присутствует ли заданное значение в интервале? Если присутствует, то где находится первый экземпляр, а если нет — где он должен находиться?». Как и в случае с алгоритмом find, результат lower_ bound необходимо дополнительно проверить и убедиться в том, что он указывает на искомое значение. Но в отличие от find, его нельзя просто сравнить с конечным итератором. Вместо этого приходится брать объект, идентифицированный алгоритмом lower_bound, и проверять, содержит ли он искомое значение.

Многие программисты используют lower_bound примерно так:

vector::iterator =lower_bound(vw,begin().vw.end(),w):

if (i!=vw.end()&&*i=w){// Убедиться в том, что i указывает

// на объект, и этот объект имеет искомое

// значение. Ошибка!!!!

// Значение найдено, i указывает на первый

// экземпляр объекта с этим значением

} else {

// Значение не найдено

}

В большинстве случаев такая конструкция работает, но в действительности она содержит ошибку. Присмотритесь к проверяемому условию:

if (i!=vw.end()&&*i=w){

В этом условии проверяется равенство, тогда как lower_bound использует при поиске критерий эквивалентности. Как правило, результаты проверки по двум критериям совпадают, но, как показано в совете 19, это не всегда так. В таких ситуациях приведенный выше фрагмент не работает.

Чтобы исправить ошибку, необходимо убедиться в том, что итератор, полученный от lower__bound, указывает на объект со значением, эквивалентным искомому. Проверку можно выполнить вручную (в совете 19 показано, как это делается, а в совете 24 приведен пример ситуации, когда такое решение оправданно), однако сделать это непросто, поскольку при этом должна использоваться та же функция сравнения, как и при вызове lower_bound. В общем случае мы имеем дело с произвольной

функцией (или объектом функции). При передаче lower_bound функции сравнения эта же функция должна использоваться и в «ручной» проверке эквивалентности; следовательно, при изменении функции сравнения, передаваемой lower_rbound, вам придется внести соответствующие изменения в проверку эквивалентности. В принципе, синхронизировать функции сравнения не так уж сложно, но об этом необходимо помнить, а при программировании хлопот и без этого хватает.

Существует простое решение: воспользуйтесь алгоритмом equal_range. Алгоритм возвращает пару итераторов; первый совпадает с итератором, возвращаемым lower_bound, а второй совпадает с итератором, возвращаемым upper_bound (то есть указывает в позицию за интервалом значений, эквивалентных искомому). Таким образом, алгоритм equal_range возвращает пару итераторов, обозначающих интервал значений, эквивалентных искомому. Согласитесь, имя алгоритма выбрано довольно удачно. Возможно, правильнее было бы назвать его equvalent_range, но и equal _range воспринимается неплохо.

Относительно возвращаемого значения equal_range необходимо сделать два важных замечания. Если два итератора совпадают, это говорит о том, что интервал пуст, а значение не найдено. По этому факту можно судить о том, было ли найдено совпадение. Пример:

vector vw;

sort (vw.begin(), v.end());

typedef vector::iterator VWIter; // Вспомогательные

typedef pair VWIterPair: // определения типов

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 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 { // См. совет 40

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

{

return lhs.name()

}

list 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 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.

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).

Выбрать между count, find, binary_search, lower_bound, upper_bound и equal_range несложно. Предпочтение отдается тому алгоритму или функции, которые обладают нужными возможностями, обеспечивают нужное быстродействие и требуют минимальных усилий при вызове. Следуйте этой рекомендации (или обращайтесь к таблице), и у вас никогда не будет проблем с выбором.

 

Совет 46. Передавайте алгоритмам объекты функций вместо функций

Часто говорят, что повышение уровня абстракции языков высокого уровня приводит к снижению эффективности сгенерированного кода. Александр Степанов, изобретатель STL, однажды разработал небольшой комплекс тестов для оценки «платы за абстракцию» при переходе с С на С++. В частности, результаты этих тестов показали, что код, сгенерированный для работы с классом, содержащим double, почти всегда уступает по эффективности соответствующему коду, непосредственно работающему с double. С учетом сказанного вас может удивить тот факт, что передача алгоритмам объектов функций STL — то есть объектов, маскирующихся под функции, — обычно обеспечивает более эффективный код, чем передача «настоящих» функций.

Предположим, вы хотите отсортировать вектор чисел типа double по убыванию. Простейшее решение этой задачи средствами STL основано на использовании алгоритма sort с объектом функции типа greater:

vector v;

sort(v.begin().v.end(),greater());

Вспомнив о «плате за абстракцию», программист решает заменить объект функции «настоящей» функцией, которая к тому же оформлена как подставляемая (inline):

inline

bool doubleGreater(double d1, double d2) {

return d1>d2;

}

sort(v.begin(),v.end(),doubleGreater);

Как ни странно, хронометраж двух вызовов sort показывает, что вызов с greater- почти всегда работает быстрее. В своих тестах я сортировал вектор, содержащий миллион чисел типа double, на четырех разных платформах STL с оптимизацией по скорости, и версия с greater всегда работала быстрее. В худшем случае выигрыш в скорости составил 50%, в лучшем он достигал 160%. Вот тебе и «плата за абстракцию»...

Факт объясняется просто. Если функция operator() объекта функции была объявлена подставляемой (явно, с ключевым словом inline, или косвенно, посредством определения внутри определения класса), большинство компиляторов благополучно подставляет эту функцию во время создания экземпляра шаблона при вызове алгоритма. В приведенном выше примере это происходит с функцией greater::operator(). В результате код sort не содержит ни одного вызова функций, а для такого кода компилятор может выполнить оптимизацию, недоступную при наличии вызовов (связь между подстановкой функций и оптимизацией компиляторов рассматривается в совете 33 «Effective С++» и главах 8-10 книги «Efficient С++» [10]).

При вызове sort с передачей doubleGreater ситуация выглядит иначе. Чтобы убедиться в этом, необходимо вспомнить, что передача функции в качестве параметра другой функции невозможна. При попытке передачи функции в качестве параметра компилятор автоматически преобразует функцию в указатель на эту функцию, поэтому при вызове передается указатель. Таким образом, при вызове

sort(v.begin(),v.end(),doubleGreater);

алгоритму sort передается не doubleGreater, а указатель на doubleGreater. При создании экземпляра шаблона объявление сгенерированной функции выглядит так:

void sort(vector::iterator first, // Начало интервала

vector:iterator last, // Конец интервала

bool (*comp)(double,double)); // Функция сравнения

Поскольку comp является указателем на функцию, при каждом его использовании внутри sort происходит косвенный вызов функции (то есть вызов через указатель). Большинство компиляторов не пытается подставлять вызовы функций, вызываемых через указатели, даже если функция объявлена с ключевым словом inline и оптимизация выглядит очевидной. Почему? Наверное, потому, что разработчики компиляторов не считают нужным ее реализовать. Пожалейте их — народ постоянно чего-нибудь требует, а успеть все невозможно. Впрочем, это вовсе не означает, что требовать не нужно.

Подавление подстановки кода функций объясняет один факт, который кажется невероятным многим опытным программистам С: функция С++ sort почти всегда превосходит по скорости функцию С qsort. Конечно, в С++ приходится создавать экземпляры шаблонов функций и вызывать operator(), тогда как в С все ограничивается простым вызовом функции, однако все «излишества» С++ теряются во время компиляции. На стадии выполнения sort обращается к подставленной функции сравнения (при условии, что функция была объявлена с ключевым словом inline, а ее тело доступно на стадии компиляции), тогда как qsort вызывает функцию сравнения через указатель. Результат — sort работает гораздо быстрее. В моих тестах с вектором, содержащим миллион чисел double, превосходство по скорости достигало 670%, но я не призываю верить мне на слово. Вы легко убедитесь в том, что при передаче объектов функций в качестве параметров алгоритмов «плата за абстракцию» превращается в «премию за абстракцию».

Существует и другая причина для передачи объектов функций в параметрах алгоритмов, не имеющая ничего общего с эффективностью. Речь идет о компилируемости программ. По каким-то загадочным причинам некоторые платформы STL отвергают абсолютно нормальный код — это связано с недоработками то ли компилятора, то ли библиотеки, то ли и того и другого. Например, одна распространенная платформа STL отвергает следующий (вполне допустимый) фрагмент, выводящий в cout длину всех строк в множестве:

set s;

transform(s.begin(), s.end(),

ostream_iterator(cout."\n"),

mem_fun_ref(&string::size)

);

Проблема возникает из-за ошибки в работе с константными функциями классов (такими как string::size) в этой конкретной платформе STL. Обходное решение заключается в использовании объекта функции:

struct StringSize:

public_unary_function { // См. совет 40

string::size_type operator() (const string& s) const

{

return s.size();

}

transform (s.begin(),s.end(),

Ostream_iterator(cout,"\n"),

StringSize();

Существуют и другие обходные решения, но приведенный фрагмент хорош не только тем, что он компилируется на всех известных мне платформах STL. Он также делает возможной подстановку вызова string::size, что почти наверняка невозможно в предыдущем фрагменте с передачей mem_fun_ref(&string:: size). Иначе говоря, определение класса функтора StringSize не только обходит недоработки компилятора, но и может улучшить быстродействие программы.

Другая причина, по которой объекты функций предпочтительнее обычных функций, заключается в том, что они помогают обойти хитрые синтаксические ловушки. Иногда исходный текст, выглядящий вполне разумно, отвергается компилятором по законным, хотя и неочевидным причинам. Например, в некоторых ситуациях имя экземпляра, созданного на базе шаблона функции, не эквивалентно имени функции. Пример:

template //Вычисление среднего

FPType average(FPType val1,FPType val2) //арифметического двух

{ //вещественных чисел

return (vail + val2)/2;

};

template

void wrteAverages(InputIter begin1, //Вычислить попарные

InputIter end1, //средние значения

InputIter begin2, //двух серий элементов

ostream& s) //в потоке

{

transform(

begin1,end1,begin2,

ostream_iterator::value_type>(s,"\n"),

average::value_type> // Ошибка?

};

};

Многие компиляторы принимают этот код, но по Стандарту С++ он считается недопустимым. Дело в том, что теоретически может существовать другой шаблон функции с именем average, вызываемый с одним параметром-типом. В этом случае выражение average:: value_type> становится неоднозначным, поскольку непонятно, какой шаблон в нем упоминается. В конкретном примере неоднозначность отсутствует, но некоторые компиляторы на вполне законном основании все равно отвергают этот код. Решение основано на использовании объекта функции:

template

struct Average:

public binary_function{ // См. совет 40

FPType operator()(FPType val1, FPType val2) const

{

return average(val1,val2);

}

};

template

void writeAverages(InputIter1 begin1, InputIter1 end1,

InputIter2 begin2, ostream& s)

{

transform( begin1,end1,begin2,

ostream_iterator::value_type>(s."\n"),

Average::value_type()

);

}

Новая версия должна приниматься любым компилятором. Более того, вызовы Average::operator() внутри transform допускают подстановку кода, что не относится к экземплярам приведенного выше шаблона average, поскольку average является шаблоном функции, а не объекта функции.

Таким образом, преимущество объектов функций в роли параметров алгоритмов не сводится к простому повышению эффективности. Объекты функций также обладают большей надежностью при компиляции кода. Бесспорно, «настоящие» функции очень важны, но в области эффективного программирования в STL объекты функций часто оказываются полезнее.

 

Совет 47. Избегайте «нечитаемого» кода

Допустим, имеется вектор vector. Из этого вектора требуется удалить все элементы, значение которых меньше х, но оставить элементы, предшествующие последнему вхождению значения, не меньшего у. В голову мгновенно приходит следующее решение:

vector v; int х,у;

v.erase(

remove_if(find_if(v.rbegin(),v.rend(),

bind2nd(greater_equal().y)).base(),

v.end(),

bind2nd(less(),x)),

v.end());

Всего одна команда, и задача решена. Все просто и прямолинейно. Никаких проблем. Правда?

Не будем торопиться с выводами. Считаете ли вы приведенный код логичным и удобным в сопровождении? «Нет!» — воскликнет большинство программистов С++ с ужасом и отвращением. «Да!» — скажут считанные единицы с явным удовольствием. В этом и заключается проблема. То, что один программист считает выразительной простотой, другому представляется адским наваждением.

Насколько я понимаю, приведенный выше фрагмент вызывает беспокойство по двум причинам. Во-первых, он содержит слишком много вызовов функций. Чтобы понять, о чем идет речь, приведу ту же команду, в которой имена функций заменены обозначениями fn:

V.f1(f2(f3(v.f40.v.f50.f6(f70.y)).f8().v.f90.f6(fl00,x)).v.f90);

Такая запись выглядит неестественно усложненной, поскольку из нее убраны отступы, присутствующие в исходном примере. Можно уверенно сказать, что большинство программистов С++ сочтет, что двенадцать вызовов десяти разных функций в одной команде — это перебор. Но программисты с опытом работы на функциональных языках типа Scheme могут считать иначе. По своему опыту могу сказать, что почти все программисты, которые просматривали этот фрагмент без малейших признаков удивления, имели основательный опыт программирования на функциональных языках. У большинства программистов С++ такой опыт отсутствует, так что если ваши коллеги не привыкли к многоуровневым вложениям вызовов функций, конструкции вроде предыдущего вызова erase будут приводить их в замешательство.

Второй недостаток приведенного кода заключается в том, что для его понимания нужно хорошо знать STL. В нем встречаются менее распространенные _if-формы алгоритмов find и remove, обратные итераторы (см. совет 26), преобразования reverse_iterator в iterator (см. совет 28), bind2nd и анонимные объекты функций, а также идиома erase-remove (см. совет 32). Опытный программист STL разберется в этой комбинации без особого труда, но гораздо больше будет таких, кто надолго задумается над ней. Если ваши коллеги далеко продвинулись в изучении STL, присутствие erase, remove_if, find_if, base и bind2nd в одной команде вполне допустимо, но если вы хотите, чтобы ваша программа была понятна программисту С++ со средним уровнем подготовки, я рекомендую разделить эту команду на несколько фрагментов.

Ниже приведен один из возможных вариантов (комментарии приводятся не только для книги — я бы включил их и в программу).

typedef vector::iterator VecInter;

// Инициализировать angeBegin первым элементом v, большим или равным

// последнему вхождению у. Если такой элемент не существует, rangeBegin

// инициируется значением v.begin()

VeclntIte r r angeBegin = find_if(v.rbegin().v.rend(),

bind2nd(greater_equal(),y)).base();

// Удалить от rangeBegin до v.end все элементы со значением, меньшим х

v.erase(remove_if(rangeBegin.v.end().bind2nd(less().x)),v.end());

Возможно, даже этот вариант кое-кого смутит, поскольку он требует понимания идиомы erase-remove, но при наличии комментариев в программе и хорошего справочника по STL (например, «The С++ Standard Library» [3] или web-сайта SGI [21]) каждый программист С++ без особых усилий разберется, что же происходит в программе.

Обратите внимание: в процессе модификации я не отказался от использования алгоритмов и не попытался заменить их циклами. В совете 43 объясняется, почему алгоритмы обычно предпочтительнее циклов, и приведенные аргументы действуют и в этом случае. Основная цель при программировании заключается в создании кода, понятного как для компилятора, так и для читателя-человека, и обладающего приемлемым быстродействием. Алгоритмы почти всегда лучше подходят для достижения этой цели. Тем не менее, совет 43 также объясняет, почему интенсивное использование алгоритмов естественным образом приводит к частому вложению вызовов функций и использованию адаптеров функторов. Вернемся к постановке задачи, с которой начинается настоящий совет.

Допустим, имеется вектор vector. Из этого вектора требуется удалить все элементы, значение которых меньше х, но оставить элементы, предшествующие последнему вхождению значения, не меньшего у.

Нетрудно придти к общей схеме решения:

•поиск последнего вхождения значения в векторе требует применения find или find_if с обратными итераторами;

•удаление элементов требует erase или идиомы erase-remove.

Объединяя эти две идеи, мы получаем следующий псевдокод, где «нечто» обозначает код, который еще не был наполнен смысловым содержанием:

v.erase(remove_if(find_if(v.rbegin(). v.rend(). нечто). base(). v.end(). нечто)).

v.end());

При наличии такой схемы рассчитать, что же кроется за «нечто», совсем несложно. Вы не успеете опомниться, как придете к решению из исходного примера. Во время написания программы подобные решения выглядят вполне логичными, поскольку в них отражается последовательное применение базовых принципов (например, идиомы erase-remove плюс использование find с обратными итераторами). К сожалению, читателю вашей программы будет очень трудно разобрать готовый продукт на те идеи, из которых он был собран. «Нечитаемый» код легко пишется, но разобраться в нем трудно.

Впрочем, «нечитаемость» зависит от того, кто именно читает программу. Как упоминалось выше, некоторые программисты С++ вполне нормально относятся к конструкциям вроде приведенной в начале этого совета. Если такая картина типична для среды, в которой вы работаете, и вы ожидаете, что она останется таковой в будущем, не сдерживайте свои творческие порывы. Но если ваши коллеги недостаточно уверенно владеют функциональным стилем программирования и не столь хорошо разбираются в STL, умерьте свои амбиции и напишите что-нибудь вроде альтернативного решения, приведенного выше.

Банальный факт из области программирования: код чаще читается, чем пишется. Хорошо известно также, что на сопровождение программы уходит значительно больше времени, чем на ее разработку. Если программу нельзя прочитать и понять, ее нельзя и успешно сопровождать, а такие программы вообще никому не нужны. Чем больше вы работаете с STL, тем увереннее себя чувствуете и тем сильнее хочется использовать вложенные вызовы функций и создавать объекты функций «на лету». В этом нет ничего плохого, но всегда следует помнить, что написанную сегодня программу завтра придется кому-то читать — может быть, даже вам. Приготовьтесь к этому дню.

Да, используйте STL в своей работе. Используйте хорошо и эффективно... но избегайте написания «нечитаемого» кода. В долгосрочной перспективе такой код будет каким угодно, но только не эффективным.

 

Совет 48. Всегда включайте нужные заголовки

При программировании в STL нередко встречаются программы, которые успешно компилируются на одной платформе, но требуют дополнительных директив #include на другой. Этот раздражающий факт связан с тем, что Стандарт С++ (в отличие от Стандарта С) не указывает, какие стандартные заголовки могут или должны включаться в другие стандартные заголовки. Авторы реализаций пользуются предоставленной свободой и выбирают разные пути.

Попробую пояснить, что это значит на практике. Однажды я засел за пять платформ STL (назовем их А, В, С, D и Е) и попробовал экспериментальным путем определить, какие стандартные заголовки можно убрать, чтобы программа при этом нормально компилировалась. По этим данным становится ясно, какие заголовки включают другие заголовки директивой #include . Вот что я узнал:

•на платформах А и С включает ;

•на платформе С включает ;

•на платформах С и D включает ;

•на платформе D включает и ;

•на платформах D и Е включает ;

•во всех пяти реализациях включает

За исключением последнего случая мне так и не удалось провести программу с убранным заголовком мимо реализации В. По закону Мэрфи вам всегда придется вести разработку на таких платформах, как А, С, D и Е, и переносить программы на такие платформы, как В, особенно когда это очень важная работа, которую необходимо сделать как можно скорее. Так бывает всегда.

Но не стоит осуждать компиляторы или разработчиков библиотек за трудности с переносом. Пропущенные заголовки на вашей ответственности. При каждой ссылке на элементы пространства имен std вы также отвечаете за включение соответствующих заголовков. Если заголовки опущены, программа теоретически может откомпилироваться, но другие платформы STL имеют полное право отвергнуть ваш код.

Чтобы вам было проще запомнить необходимые заголовки, далее приведена краткая сводка содержимого всех стандартных заголовков, относящихся к STL.

•Почти все контейнеры объявляются в одноименных заголовках, то есть vector объявляется в заголовке , list объявляется в заголовке и т. д. Исключениями являются и

•Все алгоритмы, за исключением четырех, объявляются в заголовке . Исключениями являются алгоритмы accumulate (см. совет37), inner_poduct, adjacent_difference и partial_sum. Эти алгоритмы объявляются в заголовке .

•Специализированные разновидности итераторов, включая istream_iterator и streambuf_iterator (см. совет 29), объявляются в заголовке .

•Стандартные функторы (например less) и адаптеры функторов (например not1 и bnd2nd) объявляются в заголовке .

Не забывайте включать соответствующую директиву #include при использовании любых из перечисленных компонентов, даже если платформа разработки позволяет обойтись и без нее. Ваше прилежание непременно окупится при переносе программы на другую платформу.

 

Совет 49. Научитесь читать сообщения компилятора

При определении вектора в программе вы имеете полное право указать конкретный размер:

vector v(10); // Создать вектор из 10 элементов

Объекты string имеют много общего с vector, поэтому кажется, что следующая команда тоже допустима:

string s(10);// Попытаться определить string из 10 элементов

Однако эта команда не компилируется, поскольку у контейнера string не существует конструктора, вызываемого с аргументом типа int. На одной из платформ STL компилятор реагирует на эту команду следующим образом:

example.cpp(20):error С2664:'))thiscall std::basic_string,class std::allocator >::std::basic_string.class std::allocator >(const class std::allocator&)':cannot convert parameter 1 from 'const int' to 'const class std::allocator&' Reason: cannot convert from 'const int' to 'const class std::allocator' No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

Ну как, впечатляет? Первая часть сообщения выглядит как беспорядочное нагромождение символов, вторая часть ссылается на распределитель памяти, ни разу не упоминавшийся в исходном тексте, а в третьей части что-то говорится о вызове конструктора. Конечно, третья часть содержит вполне точную информацию, но для начала разберемся с первой частью, типичной для диагностики, часто встречающейся при работе со string.

Вспомните, что string — не самостоятельный класс, а простой синоним для следующего типа:

basic_string,allocator >

Это связано с тем, что понятие строки С++ было обобщено до последовательности символов произвольного типа, обладающих произвольными характеристиками («traits») и хранящихся в памяти, выделенной произвольными распределителями. Все string-подобные объекты С++ в действительности являются специализациями шаблона basic_string, поэтому при диагностике ошибок, связанных с неверным использованием string, большинство компиляторов упоминает тип basic_string (некоторые компиляторы любезно включают в диагностику имя string, но большинство из них этого не делает). Нередко в диагностике указывается на принадлежность basic_string (а также вспомогательных шаблонов char_traits и allocator) к пространству имен std, поэтому в сообщениях об ошибках, связанных с использованием string, нередко упоминается тип

std::basic_string.std::allocator >

Такая запись весьма близка к той, что встречается в приведенной выше диагностике, но разные компиляторы могут описывать string по-разному. На другой платформе STL ссылка на string выглядит иначе:

basic_string,__default_alloc_template >

Имена string_char_traits и default_alloc_template не являются стандартными, но такова жизнь. Некоторые реализации STL отклоняются от Стандарта. Если вам не нравятся отклонения в текущей реализации STL, подумайте, не стоит ли перейти на другую реализацию. В совете 50 перечислены некоторые ресурсы, в которых можно найти альтернативные реализации.

Независимо от того, как тип string упоминается в диагностике компилятора, методика приведения диагностики к осмысленному минимуму остается той же: хитроумная конструкция с basic_string заменяется текстом «string». Если вы используете компилятор командной строки, задача обычно легко решается при помощи программы sed или сценарных языков типа Perl, Python или Ruby (пример сценария приведен в статье Золмана (Zolman) «Аn STL Error Message Decryptor for Visual С++» [26]). В приведенном примере производится глобальная замена фрагмента

std::basic_string,class std::allocator>

строкой string, в результате чего будет получено следующее сообщение:

example.срр(20):еггог С2664:'))thscall string::string(const class std::allocator&)':cannot convert parameter 1 from 'const int' to 'const class std::allocator&'

Из этого сообщения можно понять, что проблема связана с типом параметра, переданного конструктору string. Несмотря на загадочное упоминание allocator, вам не составит труда просмотреть различные формы конструкторов string и убедиться в том, что ни одна из этих форм не вызывается только с аргументом размера.

Кстати, упоминание распределителя памяти (allocator) связано с наличием у всех стандартных контейнеров конструктора, которому передается только распределитель памяти. У типа string существуют три одноаргументных конструктора, но компилятор по какой-то причине решает, что вы пытаетесь передать именно распределитель. Его предположение ошибочно, а диагностика лишь сбивает с толку.

Что касается конструктора, получающего только распределитель памяти, — пожалуйста, не используйте его; он слишком часто приводит к появлению однотипных контейнеров с неэквивалентными распределителями памяти. Как правило, такая ситуация крайне нежелательна (более подробные объяснения приведены в совете 11).

Рассмотрим пример более сложной диагностики. Предположим, вы реализуете программу для работы с электронной почтой, которая позволяет ссылаться на адресатов не только по адресам, но и по синонимам — скажем, адресу президента США () ставится в соответствие синоним «The Big Cheese». В такой программе может использоваться ассоциативный контейнер для отображения синонимов на адреса электронной почты и функция showEmailAddress, которая возвращает адрес для заданного синонима:

class NiftyEmailProgram {

private:

typedef map NicknameMap;

NicknameMap ncknames;

public:

void showEmai1Address(const string& nickname) const;

};

В реализации showEmailAddress потребуется найти адрес электронной почты, ассоциированный с заданным синонимом. Для этого может быть предложен следующий вариант:

void NiftyEmail Program::showEmailAddress(const string& nickname) const

{

NicknameMap::iterator =nicknames.find(nickname);

if (i !=ncknames.end ())...

};

Компилятору такое решение не понравится. На то есть веская, но не очевидная причина. Чтобы помочь вам разобраться в происходящем, одна из платформ STL услужливо выдает следующее сообщение:

example.cpp(17):error С2440:'initializing': cannot convert from 'class std::_Tree,class std::allocator >,struct std::pair.class std::allocator > const.class std::basic_string.class std::allocator > >.struct std::map,class std::allocator >,class std::basic_string.class std::allocator >,struct std::less.class std::allocator > >,class std::allocator,class std::allocator > > >::_Kfn.struct std::less,class std::allocator > >,class std::allocator,class std::allocator > > >::const_iterator' to 'class std::_Tree,class std::allocator >.struct std::pair.class std::allocator > const.class std::basic_string,class std::allocator > >.struct std::map.class std::allocator >.class std: std::char_traits.class std::allocator >,struct std std::basic_string.class std basic_st ring >,struct std::less.class std::allocator > >.class std::allocator.class std::allocator : basic_string.class std::allocator >.struct std std::char_traits.class std: std::basic_string > const.class::char traits.class std::allocator >,struct std::map.class std::allocator >.class std std::allocator >.struct std std::char_traits,class std: std::basic_string > >.class std basic_string.class less > >,class std char_traits,class std: basic string > > > :char traits,class :allocator.class std::allocator > > >:iterator'

No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

Сообщение состоит из 2095 символов и выглядит довольно устрашающе, но я видал и похуже. Например, одна из моих любимых платформ STL однажды выдала сообщение из 4812 символов. Наверное, вы уже догадались, что я люблю ее совсем не за это.

Давайте немного сократим эту хаотическую запись и приведем ее к более удобному виду. Начнем с замены конструкции basic_string.. на string. Результат выглядит так:

example.cpp(17):error С2440:'initializing': cannot convert from 'class std::_Tree,struct std::map,class std::allocator > ::_Kfn.struct std::less,class std::allocator > ::const_iterator' to 'class std::_Tree,struct std::map, class std::allocator >::_Kfn,struct std::less. class std::allocator >: iterator'

No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

Уже лучше. Осталось каких-нибудь 745 символов, можно начинать разбираться в сообщении. В глаза бросается упоминание шаблона std::_Тгее. В Стандарте ничего не сказано о шаблоне с именем Tree, но мы помним, что имена, начинающиеся с символа подчеркивания и прописной буквы, зарезервированы для авторов реализаций. Перед нами один из внутренних шаблонов, используемых в реализации некой составляющей STL.

Оказывается, практически во всех реализациях STL стандартные ассоциативные контейнеры (set, multiset, map и multimap) строятся на основе базовых шаблонов. По аналогии с тем, как при использовании string в диагностике упоминается тип basic_string, при работе со стандартными ассоциативными контейнерами часто выдаются сообщения с упоминанием базовых шаблонов. В данном примере этот шаблон называется _Tree, но в других известных мне реализациях встречались имена tree и _rb_tree, причем в последнем имени отражен факт использования красно-черных (Red-Black) деревьев, самой распространенной разновидности сбалансированных деревьев, встречающейся в реализациях STL.

В приведенном выше сообщении упоминается знакомый тип std::map,class std::allocator >. Перед нами тип используемого контейнера map, если не считать типов функции сравнения и распределителя памяти (которые не были заданы при определении контейнера). Сообщение об ошибке станет более понятным, если заменить этот тип нашим вспомогательным определением NicknameMap. Результат:

example.срр(17):еггог С2440:'initalzing': cannot convert from 'class std::_Tree,struct NicknameMap::_Kfn,struct std::less,class std::allocator >::const_iterator' to 'class std::_Tree.struct NicknameMap_Kfn.struct std::less, class std::allocator >: iterator'

No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

Сообщение стало короче, но его смысл остался туманным; нужно что-то сделать с _Тгее. Известно, что шаблон _Тгее зав4исит от реализации, поэтому узнать смысл его параметров можно только одним способом — чтением исходных текстов. Но зачем копаться в исходных текстах реализации STL, если это не нужно? Попробуем просто заменить все данные, передаваемые Tree, условным обозначением «НЕЧТО» и посмотрим, что из этого выйдет. Результат:

example.cpp(17):error С2440:'initalizing': cannot convert from 'class std::_Tree<НЕЧТО::const_iterator' to 'class std::_Tree<НЕЧТО:iterator'

No constructor could take the source type, or constructor overload resolution was ambiguous

А вот с этим уже можно работать. Компилятор жалуется на попытку преобразования const_iterator в iterator с явным нарушением правил константности.

Вернемся к исходному примеру; строка, вызвавшая гнев компилятора, выделена жирным шрифтом:

class NiftyEmailProgram {

private:

typedef map NicknameMap;

NicknameMap nicknames;

public:

void showEmailAddress(const string& nickname) const;

};

void NiftyEmailProgram::showEmailAddress(const string& nickname) const

{

NicknameMap::iterator i =nicknames. find(nickname);

if (i!=nicknames.end())...

}

Сообщение об ошибке можно истолковать лишь одним разумным образом — мы пытаемся инициализировать переменную i (типа iterator) значением типа const_iterator, возвращаемым при вызове map::find. Такая интерпретация выглядит несколько странно, поскольку find вызывается для объекта nicknames. Объект nicknames не является константным, поэтому функция find должна вернуть неконстантный итератор.

Взгляните еще раз. Да, объект nicknames объявлен как неконстантный тип map, но функция showEmalAddress является константной, а внутри константной функции все нестатические переменные класса становятся константными! Таким образом, внутри showEmalAddress объект nicknames является константным объектом map. Сообщение об ошибке внезапно обретает смысл. Мы пытаемся сгенерировать iterator для объекта map, который обещали не изменять. Чтобы исправить ошибку, необходимо либо привести i к типу const_iterator, либо объявить showEmalAddress неконстантной функцией. Вероятно, оба способа потребуют значительно меньших усилий, чем выяснение смысла сообщения об ошибке.

В этом совете были показаны некоторые текстовые подстановки, уменьшающие сложность сообщений об ошибках, но после непродолжительной практики вы сможете выполнять подстановки в голове. Я не музыкант, но мне рассказывали, что хорошие музыканты способны читать партитуру целиком, не присматриваясь к отдельным нотам. Опытные программисты STL приобретают аналогичные навыки. Они могут автоматически преобразовать конструкцию вида std::basic_string,std::allocator > в string, нисколько не задумываясь над происходящим. Подобный навык разовьется и у вас, но до этих пор следует помнить, что диагностику компилятора почти всегда можно привести к вразумительному виду заменой длинных типов на базе шаблонов более короткими мнемоническими обозначениями. Во многих случаях для этого достаточно заменить расширенные определения типов именами, используемыми в программе. Именно это было сделано в приведенном примере, когда мы заменили std::map,class std::allocator > на NicknameMap.

Далее приведены некоторые рекомендации, которые помогут вам разобраться в сообщениях компилятора, относящихся к STL.

•Для контейнеров vector и string итераторы обычно представляют собой указатели, поэтому в случае ошибки с итератором в диагностике компилятора обычно указываются типы указателей. Например, если в исходном коде имеется ссылка на vector:: iterator, в сообщении почти наверняка будет упоминаться указатель double*. Исключение составляет реализация STLport в отладочном режиме; в этом случае итераторы vector и string не являются указателями. За информацией о STLport и отладочном режиме обращайтесь к совету 50.

•Сообщения, в которых упоминаются back_insert_iterator, front_insert_iterator и insert_iterator, почти всегда означают, что ошибка была допущена при вызове back_inserter, front_inserter или inserter соответственно (back_inserter возвращает объект типа back_insert_iterator, front_inserter возвращает объект типа front_insert_iterator, a inserter возвращает объект типа insert_iterator; за информацией об этих типах обращайтесь к совету 30). Если эти функции не вызывались в программе, значит, они были вызваны из других функций (косвенно или явно).

•Сообщения с упоминаниями binder1st и binder2nd обычно свидетельствуют об ошибке при использовании bind1st и bind2nd (bind1st возвращает объект типа binder1st, a bind2nd возвращает объект типа binder2nd).

•Итераторы вывода (например, ostream_iterator и ostream_buf_iterator — см. совет 29, а также итераторы, возвращаемые back_inserter, front_inserter и inserter) выполняют свои операции вывода или вставки внутри операторов присваивания, поэтому ошибки, относящиеся к этим типам итераторов, обычно приводят к появлению сообщений об ошибке внутри операторов присваивания, о которых вы и понятия не имеете. Чтобы понять, о чем идет речь, попробуйте откомпилировать следующий фрагмент:

vector v;// Попытка вывода содержимого

copy(v.begin(),v.end(),// контейнера указателей string*

ostream_iterator(cout."\n")); // как объектов string

•Если полученное сообщение об ошибке исходит из реализации алгоритма STL (то есть если код, в котором произошла ошибка, находится в ), вероятно, проблема связана с типами, которые вы пытаетесь передать этому алгоритму. Пример — передача итераторов неправильной категории. Попробуйте откомпилировать следующий фрагмент:

list::iterator 11,12; // Передача двусторонних итераторов

sort(11.2);// алгоритму, которому необходимы итераторы

// произвольного доступа

•Если вы используете стандартный компонент STL (например, контейнер vector или string, алгоритм for_each), а компилятор утверждает, что он понятия не имеет, что имеется в виду, скорее всего, вы забыли включить необходимый заголовочный файл директивой #include. Как объясняется в совете 48, эта проблема может нарушить работоспособность кода, успешно компилировавшегося в течение некоторого времени, при переносе его на другую платформу.

 

Совет 50. Помните о web-сайтах, посвященных STL

 

Интернет богат информацией об STL. Если ввести в любой поисковой системе запрос «STL», вы получите сотни ссылок, часть из которых даже будет содержать полезную информацию. Впрочем, большинство программистов STL в поисках не нуждается и хорошо знает следующие сайты:

•сайт SGI STL, ;

•сайт STLport, ;

•сайт Boost, .

Ниже я постараюсь объяснить, почему эти сайты заслуживают вашего внимания.

 

Сайт SGI STL

Web-сайт SGI STL не случайно находится в начале списка. На нем имеется подробная документация по всем компонентам STL. Многие программисты рассматривают его как основной источник электронной документации незав4исимо от используемой платформы STL. Документацию собрал Мэтт Остерн (Matt Austern), который позднее дополнил ее и представил в книге «Generic Programming and the STL» [4]. Материал не сводится к простому описанию компонентов STL. Например, описание потоковой безопасности контейнеров STL (см. совет 12) основано на материалах сайта SGI STL.

На сайте SGI программисту предлагается свободно распространяемая реализация STL. Она была адаптирована лишь для ограниченного круга компиляторов, но поставка STL легла в основу распространенной поставки STLport, описанной ниже. Более того, в реализацию STL от SGI входят некоторые нестандартные компоненты, делающие программирование в STL не только более мощным и гибким, но и более интересным. Некоторые из них стоит выделить.

•Хэшированные ассоциативные контейнеры hash_set, hash_multiset, hash_map и hash_multimap. За дополнительной информацией об этих контейнерах обращайтесь к совету 25.

•Односвязный список slist. Контейнер slist реализован наиболее стандартным образом, а итераторы указывают на те узлы списка, на которые они и должны указывать. К сожалению, этот факт оборачивается дополнительными затратами при реализации функций insert и erase, поскольку обе функции должны модифицировать указатель на следующий узел списка в узле, предшествующем тому, на который указывает итератор. В двусвязном списке (например, в стандартном контейнере list) это не вызывает проблем, но в односвязном списке возврат к предыдущему узлу является операцией с линейной сложностью. В контейнере slist из реализации SGI функции insert и erase выполняются с линейной сложностью вместо постоянной, что является существенным недостатком. В реализации SGI эта проблема решается при помощи нестандартных (но зато работающих с постоянной сложностью) функций insert_after и erase_after. В сопроводительной документации говорится:

«...Если окажется, что функции insert_after и erase_after плохо подходят для ваших целей, и вам часто приходится вызывать функции insert и erase в середине списка, вероятно, вместо slist лучше воспользоваться контейнером list».

В реализацию Dinkumware также входит односвязный список slist, но в нем используется другая архитектура итераторов, сохраняющая постоянную сложность при вызовах insert и erase. За дополнительной информацией о Dimkumware обращайтесь к приложению Б.

•Контейнер rope, аналог string для очень больших строк. В документации SGI контейнер rope описывается так:

«Контейнер rope представляет собой масштабированную разновидность string: он предназначен для эффективного выполнения операций со строками в целом. Затраты времени на такие операции, как присваивание, конкатенация и выделение подстроки, практически не зависят от длины строки. В отличие от строк С, контейнер rope обеспечивает разумное представление для очень длинных строк (например, содержимого буфера текстового редактора или сообщений электронной почты)».

Во внутреннем представлении контейнер rope реализуется в виде дерева подстрок с подсчетом ссылок, при этом каждая строка хранится в виде массива char. Одна из интересных особенностей интерфейса rope заключается в том, что функции begin и end всегда возвращают тип const_iterator. Это сделано для предотвращения операций, изменяющих отдельные символы. Такие операции обходятся слишком дорого. Контейнер rope оптимизирован для операций с текстом в целом или большими фрагментами (присваивание, конкатенация и выделение подстроки); операции с отдельными символами выполняются неэффективно.

•Различные нестандартные объекты функций и адаптеры. Некоторые классы функторов из исходной реализации HP STL не вошли в Стандарт С++. Опытным мастерам старой школы больше всего не хватает функторов select1st и select2nd, чрезвычайно удобных при работе с контейнерами map и multimap. Функтор select1st возвращает первый компонент объекта pair, а функтор select2nd возвращает второй компонент объекта pair. Пример использования этих нестандартных шаблонов классов функторов:

map m;

// Вывод всех ключей map в cout

transform(m.begin(),m.end(),

ostream_iterator(cout,"\n"),

select1st::value_type>());

// Создать вектор и скопировать в него

// все ассоциированные значения из map

vector v:

transforms.begin(),m.end() ,back_inserter(v),

select2nd::value_type>());

Как видите, функторы select1st и select2nd упрощают использование алгоритмов в ситуациях, где обычно приходится писать собственные циклы (см. совет 43). С другой стороны, вследствие нестандартности функторов вас могут обвинить в написании непереносимого и вдобавок плохо сопровождаемого кода (см. совет 47).

Настоящих фанатов STL это нисколько не волнует. Они считают, что отсутствие select1st и select2nd в Стандарте само по себе является вопиющей несправедливостью.

К числу нестандартных объектов функций, входящих в реализацию STL, также принадлежат объекты identity, project1st, project2nd, compose1 и compose2. Информацию о них можно найти на сайте, хотя пример использования compose2 приводился на с. 172 настоящей книги. Надеюсь, я убедил вас в том, что посещение web-сайта SGI принесет несомненную пользу.

Реализация библиотеки от SGI выходит за рамки STL. Первоначально ставилась цель разработки полной реализации стандартной библиотеки С++ за исключением компонентов, унаследованных из С (предполагается, что у вас в распоряжении уже имеется стандартная библиотека С). По этой причине с сайта SGI также стоит получить реализацию библиотеки потоков ввода-вывода С++. Как следует ожидать, эта реализация хорошо интегрируется с реализацией STL от SGI, но при этом по быстродействию она превосходит многие аналогичные реализации, поставляемые с компиляторами С++.

 

Сайт STLport

Главная отличительная особенность STLport заключается в том, что эта модифицированная версия реализации STL от SGI (включая потоки ввода-вывода и т. д.) была перенесена более чем на 20 компиляторов. STLport, как и библиотека SGI, распространяется бесплатно. Если ваш код должен работать сразу на нескольких платформах, вы избавите себя от множества хлопот, если возьмете за основу унифицированную реализацию STLport и будете использовать ее со всеми компиляторами.

Большинство изменений кода SGI в реализации STLport связано с улучшением переносимости, однако STLport является единственной известной мне реализацией, в которой предусмотрен «отладочный режим» для диагностики случаев неправильного использования STL — компилируемых, но приводящих к непредсказуемым последствиям во время работы программы. Например, в совете 30 распространенная ошибка записи за концом контейнера поясняется следующим примером:

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

// по переданному параметру х

vector values;

// Заполнение вектора values данными

vector results;

transform(values.begin(), // Попытка записи за концом results! values.end(),

results.end,

transmogrify);

Этот фрагмент компилируется, но во время выполнения работает непредсказуемо. Если вам повезет, проблемы возникнут при вызове transform, и отладка будет относительно элементарной. Гораздо хуже, если вызов transform испортит данные где-то в другом месте адресного пространства, но это обнаружится лишь позднее. В этом случае определение причины порчи данных становится задачей — как бы выразиться? — весьма нетривиальной.

Отладочный режим STLport значительно упрощает эту задачу. При выполнении приведенного выше вызова transform выдается следующее сообщение (предполагается, что реализация STLport установлена в каталоге C:\STLport):

C:\STLport\stlport\stl\debug\_iterator.h:265 STL assertion failure: _Dereferenceable(*this)

На этом программа прекращает работу, поскольку в случае ошибки отладочный режим STLport вызывает abort. Если вы предпочитаете, чтобы вместо этого инициировалось исключение, STLport можно настроить и на этот режим.

Честно говоря, приведенное сообщение об ошибке менее понятно, чем хотелось бы, а имя файла и номер строки относятся к внутренней проверке условия STL, а не к строке с вызовом transform, но это все же значительно лучше пропущенного вызова transform и последующих попыток разобраться в причинах разрушения структур данных. В отладочном режиме STLport остается лишь запустить программу-отладчик, вернуться по содержимому стека к написанному вами коду и определить, что же произошло. Строка, содержащая ошибку, обычно находится достаточно легко.

Отладочный режим STLport распознает широкий спектр стандартных ошибок, в том числе передачу алгоритмам недопустимых интервалов, попытки чтения из пустого контейнера, передачу итератора одного контейнера в качестве аргумента функции другого контейнера и т. д. Волшебство основано на взаимном отслеживании итераторов и контейнеров. При наличии двух итераторов это позволяет проверить, принадлежат ли они одному контейнеру, а при модификации контейнера — определить, какие итераторы становятся недействительными.

В отладочном режиме реализация STLport использует специальные реализации итераторов, поэтому итераторы vector и string являются объектами классов, а не низкоуровневыми указателями. Таким образом, использование STLport и компиляция в отладочном режиме помогают убедиться в том, что ваша программа не игнорирует различия между указателями и итераторами для соответствующих типов контейнеров. Одной этой причины может оказаться достаточно для того, чтобы познакомиться с отладочным режимом STLport.

•

 

Сайт Boost

В 1997 году завершился процесс, приведший к появлению Международного стандарта С++. Многие участники были разочарованы тем, что возможности, за которые они выступали, не прошли окончательный отбор. Некоторые из этих участников были членами самого Комитета, поэтому они решили разработать основу для дополнения стандартной библиотеки во время второго круга стандартизации. Результатом их усилий стал сайт Boost, который был призван «предоставить бесплатные библиотеки С++. Основное внимание уделяется переносимым библиотекам, соответствующим Стандарту С++». За этой целью кроется конкретный мотив:

«По мере того как библиотека входит в "повседневную практику", возрастает вероятность того, что кто-нибудь предложит ее для будущей стандартизации. Предоставление библиотеки на сайт является одним из способов создания "повседневной практики"...».

Иначе говоря, Boost предлагается в качестве механизма, помогающего отделить плевелы от зерен в области потенциальных дополнений стандартной библиотеки С++. Вполне достойная миссия, заслуживающая нашей благодарности.

Также стоит обратить внимание на подборку библиотек, находящихся на сайте Boost. Я не стану описывать ее здесь хотя бы потому, что к моменту выхода книги на сайте наверняка появятся новые библиотеки. Для пользователей STL особый интерес представляют две библиотеки. Первая содержит шаблон shared_ptr, умный указатель с подсчетом ссылок, который в отличие от указателя auto_ptr из стандартной библиотеки может храниться в контейнерах STL (см. совет 8). Библиотека умных указателей также содержит шаблон shared_array, умный указатель с подсчетом ссылок для работы динамическими массивами, но в совете 13 вместо динамических массивов рекомендуется использовать контейнеры vector и string; надеюсь, приведенные аргументы покажутся вам убедительными.

Поклонники STL также оценят богатый ассортимент библиотек, содержащих объекты функций и другие вспомогательные средства. В этих библиотеках заново спроектированы и реализованы некоторые концепции, заложенные в основу объектов функций и адаптеров STL, в результате чего были сняты некоторые искусственные ограничения, снижающие практическую полезность стандартных функторов. В частности, при попытках использовать bind2nd с функциями mem_fun и mem_fun_ref (см. совет 41) для привязки объекта к параметрам функции класса выясняется, что при передаче параметра по ссылке код, скорее всего, компилироваться не будет. Аналогичный результат достигается использованием not1 и not2 с ptr_fun и функцией, получающей параметр по ссылке. Причина в обоих случаях заключается в том, что в процессе специализации шаблона многие платформы STL генерируют «ссылку на ссылку», но в С++ такая конструкция запрещена (в настоящее время Комитет по стандартизации рассматривает возможность внесения изменений в Стандарт для решения этой проблемы). Пример проблемы «ссылки на ссылку»:

class Widget {

public:

int readStream(istream& stream);// Функции readStream

// параметр передается

}; //по ссылке

vector vw;

for_each( //Большинство платформ STL

vw.begin(),vw.end(), //при этом вызове

bind2nd(mem_fun(&Widget::readStream),cin) //пытается сгенерировать

);//ссылку на ссылку.

//Фрагмент не компилируется!

Объекты функций Boost решают эту и многие другие проблемы, а также значительно повышают выразительность объектов функций.

Если вы интересуетесь потенциальными возможностями объектов функций STL и хотите познакомиться с ними поближе, поскорее посетите сайт Boost. Если объекты функций вас пугают и вы считаете, что они существуют только для умиротворения малочисленных апологетов Lisp, вынужденных программировать на С++, все равно посетите сайт Boost. Библиотеки объектов функций Boost важны, но они составляют лишь малую часть полезной информации, находящейся на сайте.