Эффективное использование STL

class Widget {...}:
bool operator==(const Widget& lhs. const Widgets rhs):

При вызове этой функции в контексте

if (х==у)	// Предполагается, что х и у
		// относятся к классу Widget

Объекту х, находящемуся слева от оператора =, в объявлении operator-= соответствует параметр Ihs, а объекту у соответствует параметр rhs.

Что касается имени класса Widget, то оно не имеет никакого отношения к графическим интерфейсам или инструментариям. Этим именем я привык обозначать «некий класс, который что-то делает». Иногда (как, например, на с. 20) имя Widget относится к шаблону класса, а не к классу. В таких случаях я продолжаю говорить о Widget как о классе несмотря на то, что в действительности это шаблон. Столь неформальное отношение к различиям между классами и шаблонами классов, структурами и шаблонами структур, функциями и шаблонами функций безвредно (при условии, что оно не приводит к возникновению неоднозначности в рассматриваемой теме). Если возможны какие-либо недоразумения, я провожу четкие различия между шаблонами и сгенерированными на их основе классами, структурами и функциями.

Вопросы эффективности

Сначала я хотел включить в книгу отдельную главу, посвященную вопросам эффективности, но в итоге решил, что лучше оставить привычное деление на советы. Тем не менее многие советы посвящены минимизации затрат памяти и ресурсов на стадии исполнения. Для удобства ниже приводится краткое содержание «виртуальной главы», посвященной эффективности.

Совет 4.Вызывайте empty вместо сравнения size() с нулем

Совет 5.Используйте интервальные функции вместо одноэлементных

Совет 14.Используйте reserve для предотвращения лишних операций перераспределения памяти

Совет 15.Помните о различиях в реализации string

Совет 23.Рассмотрите возможность замены ассоциативных контейнеров сортированными векторами

Совет 24.Тщательно выбирайте между map::operator[] и map::insert

Совет 25.Изучите нестандартные хэшированные контейнеры

Совет 29.Рассмотрите возможность использования istreambuf_iterator при посимвольном вводе

Совет 31.Помните о существовании разных средств сортировки

Совет 44.Используйте функции контейнеров вместо одноименных алгоритмов

Совет 46.Передавайте алгоритмам объекты функций вместо функций

Рекомендации

Рекомендации, составляющие 50 советов этой книги, основаны на мнениях и наблюдениях опытнейших программистов STL. Они в краткой форме подводят итог всему, что практически всегда следует (или наоборот, не следует) делать для успешного использования библиотеки STL. С другой стороны, это всего лишь рекомендации, и в некоторых ситуациях их нарушения вполне оправданны. Например, в заголовке совета 7 говорится о необходимости вызова delete для указателей перед уничтожением контейнера. Но из текста совета становится ясно, что это правило действует лишь в тех случаях, когда объекты, на которые ссылаются указатели, должны уничтожаться раньше самого контейнера. Обычно это действительно так, но не всегда. Приведу другой пример — в заголовке совета 35 предлагается использовать алгоритмы STL для выполнения простых сравнений строк без учета регистра, но из текста совета следует, что в некоторых случаях лучше использовать функцию не только внешнюю по отношению к STL, но даже не входящую в стандарт С++!

Только хорошее знание специфики программы и условий ее работы позволит определить, стоит ли нарушать представленные рекомендации. Обычно этого лучше не делать, но в отдельных случаях возможны исключения. Как рабская покорность, так и безрассудное легкомыслие одинаково вредны. Прежде чем сходить с проторенной дороги, убедитесь в том, что для этого есть достаточно веские причины.

Контейнеры

В STL входит немало полезных компонентов (в том числе итераторы, алгоритмы и объекты функций), однако большинство программистов С++ ставит на первое место именно контейнеры. По сравнению с массивами контейнеры обладают большей гибкостью и функциональностью. Они динамически увеличивают (а иногда и уменьшают) свои размеры, самостоятельно управляют памятью, следят за количеством хранящихся объектов, ограничивают алгоритмическую сложность поддерживаемых операций и обладают массой других достоинств. Популярность контейнеров STL легко объяснима — просто они превосходят своих конкурентов, будь то контейнеры из других библиотек или самостоятельные реализации. Контейнеры STL не просто хороши. Они действительно хороши.

В этой главе приведены общие сведения, относящиеся ко всем типам контейнеров STL (конкретные типы контейнеров будут рассмотрены в других главах). В частности, мы рассмотрим такие вопросы, как выбор подходящего контейнера при заданных ограничениях; возможность работы кода, написанного для одного типа контейнера, с другими типами контейнеров; особая роль операций копирования объектов в контейнерах; проблемы, возникающие при создании контейнеров с указателями auto_ ptr; нюансы, связанные с удалением элементов; оптимизация работы с контейнерами и замечания относительно работы контейнеров в многопоточной среде.

Список получился внушительным, но пусть вас это не пугает. Материал излагается небольшими порциями, а попутно вы встретите немало полезных идей, которые сможете немедленно применить в своих программах.

Итак, STL предоставляет в ваше распоряжение множество разных контейнеров, но знаете ли вы, насколько широко это разнообразие? Следующая краткая сводка поможет вам убедиться в том, что вы ни о чем не забыли.

Совет 1. Внимательно подходите к выбору контейнера

•Стандартные последовательные контейнеры STL: vector, string, deque и list.

•Стандартные ассоциативные контейнеры STL: set, multiset, map и multimap.

•Нестандартные последовательные контейнеры: slist и rope. Контейнер slist представляет односвязный список, а rope — строку с дополнительными возможностями. Краткий обзор этих нестандартных (но достаточно широко распространенных) контейнеров приведен в совете 50.

•Нестандартные ассоциативные контейнеры: hash_set, hash_multiset, hash_ map и hash_multimap. Эти популярные разновидности стандартных ассоциативных контейнеров, построенные на базе хэш-таблиц, рассматриваются в совете 25.

•vector<char> как замена для string. Условия, при которых возможна подобная замена, описаны в совете 13.

•vector как замена для стандартных ассоциативных контейнеров. Как будет показано в совете 23, в некоторых ситуациях vector превосходит стандартные ассоциативные контейнеры как по быстродействию, так и по экономии памяти.

•Некоторые стандартные контейнеры, не входящие в STL: массивы, bitset, valarray, stack, queue и piority_queue. Поскольку эти контейнеры не относятся к STL, в этой книге они практически не упоминаются, хотя в совете 16 описан случай, когда массив оказывается предпочтительнее контейнеров SQL, а в совете 18 объясняется, почему bitset может быть лучше vector<bool>. Также стоит помнить о возможности использования массивов с алгоритмами STL, поскольку указатели могут работать как итераторы массивов.

При столь широком ассортименте контейнеров возрастает и количество факторов, которыми следует руководствоваться при их выборе. К сожалению, многие описания STL ограничиваются поверхностным взглядом на мир контейнеров и полностью игнорируют многие факторы, относящиеся к выбору оптимального контейнера. Этот недостаток присущ даже Стандарту, который предлагает выбирать между vector, deque и list на основании следующих критериев: «...vector, list и deque обладают различными характеристиками в зависимости от класса выполняемых операций, в соответствии с которыми должен осуществляться выбор. Вектор (vector) представляет собой тип последовательного контейнера, который используется в большинстве случаев. Список (list) используется при частых операциях вставки и удаления в произвольной позиции. Дек (deque) выбирается в случае, если большинство вставок и удалений производится в начале или в конце последовательности элементов».

Если ограничиться алгоритмической сложностью, эта рекомендация звучит вполне разумно, но на практике приходится учитывать множество других факторов.

Вскоре мы рассмотрим некоторые факторы, учитываемые в дополнение к алгоритмической сложности, но сначала я должен представить критерий классификации контейнеров STL, которому, к сожалению, обычно не уделяется должного внимания. Речь идет о различиях между контейнерами с блоковым и узловым выделением памяти.

В блоковых контейнерах (также называемых контейнерами со смежной памятью) элементы хранятся в одном или нескольких динамически выделяемых блоках памяти, по несколько элементов в каждом блоке. При вставке нового или удалении существующего элемента другие элементы того же блока сдвигаются вверх или вниз, освобождая место для нового элемента или заполняя место, ранее занимаемое удаленным элементом. Подобные перемещения влияют как на скорость работы (советы 5 и 14), так и на безопасность (об этом — ниже). К числу стандартных блоковых контейнеров относятся vector, string и deque. Нестандартный контейнер rope также является блоковым.