Скотт Мейерс - Эффективное использование STL

Если вам показалось, что STL злоупотребляет копированием, не торопитесь с выводами. Да, копирование в STL выполняется довольно часто, но в целом библиотека спроектирована с таким расчетом, чтобы избежать лишнего копирования. Более того, она избегает лишнего создания объектов. Сравните с поведением классического массива — единственного встроенного контейнера С и С++:

Widget w[maxNumWidgets]; // Создать массив объектов Widget

// Объекты инициализируются конструктором

// по умолчанию

В этом случае конструируются maxNumWidgetsобъектов Widget, даже если на практике будут использоваться лишь некоторые из них или все данные, инициализированные конструктором по умолчанию, будут немедленно перезаписаны данными, взятыми из другого источника (например, из файла). Вместо массива можно воспользоваться контейнером STL vectorи создать вектор, динамически увеличивающийся в случае необходимости:

vector vw: // Создать вектор, не содержащий ни одного

// объекта Widget и увеличивающийся по мере

// необходимости

Можно также создать пустой вектор, в котором зарезервировано место для maxNumWidgetsобъектов Widget, но не сконструирован ни один из этих объектов:

vector vw:

vw.reserve(maxNumWidgets): // Функция reserve описана в совете 14

По сравнению с массивами контейнеры STL ведут себя гораздо цивилизованнее. Они создают (посредством копирования) столько объектов, сколько указано, и только по вашему требованию, а конструктор по умолчанию выполняется только с вашего разрешения. Да, контейнеры STL создают копии; да, в особенностях их работы необходимо хорошо разбираться, но не стоит забывать и о том, что они означают большой шаг вперед по сравнению с массивами.

Для произвольного контейнера с следующие две команды фактически эквивалентны:

if (c.size()==0)...

if (c.empty())...

Возникает вопрос — почему же предпочтение отдается одной конструкции, особенно если учесть, что emptyобычно реализуется в виде подставляемой (inline) функции, которая просто сравнивает size()с нулем и возвращает результат?

Причина проста: функция emptyдля всех стандартных контейнеров выполняется с постоянной сложностью, а в некоторых реализациях listвызов sizeтребует линейных затрат времени.

Но почему списки так себя ведут? Почему они не обеспечивают выполнения sizeс постоянной сложностью? Это объясняется в основном уникальными свойствами функций врезки ( splicing). Рассмотрим следующий фрагмент:

list list1;

list nt> list2;

list1.splice( // Переместить все узлы list2

list1.end(),list2, // от первого вхождения 5

find(list2.begin(),list2.end(), 5),// до последнего вхождения 10

find(list2.rbegin().list2.rend(),10).base()// в конец listl

);// Вызов base() рассматривается

// в совете 28

Приведенный фрагмент не работает, если только значение 10 не входит в list2 после 5, но пока не будем обращать на это внимания. Вместо этого зададимся вопросом: сколько элементов окажется в списке list1 после врезки? Разумеется, столько, сколько было до врезки, в сумме с количеством новых элементов. Последняя величина равна количеству элементов в интервале, определяемом вызовами find(list2.begin(),list2.end(), 5) и find(list2.rbegin(),list2.rend(),10).base(). Сколько именно? Чтобы ответить на этот вопрос, нужно перебрать и подсчитать элементы интервала. В этом и заключается проблема.

Допустим, вам поручено реализовать list. Это не просто контейнер, а стандартный контейнер, поэтому заранее известно, что класс будет широко использоваться. Естественно, реализация должна быть как можно более эффективной. Операция определения количества элементов в списке будет часто использоваться клиентами, поэтому вам хотелось бы, чтобы операция sizeработала с постоянной сложностью. Класс listнужно спроектировать так, чтобы он всегда знал количество содержащихся в нем элементов.

В то же время известно, что из всех стандартных контейнеров только listпозволяет осуществлять врезку элементов без копирования данных. Можно предположить, что многие клиенты выбирают listименно из-за эффективности операции врезки. Они знают, что интервальная врезка из одного списка в другой выполняется за постоянное время; вы знаете, что они это знают, и постараетесь не обмануть их надежды на то, что функция spliceработает с постоянными затратами времени.

Возникает дилемма. Чтобы операция size выполнялась с постоянной сложностью, каждая функция класса list должна обновлять размеры списков, с которыми она работает. К числу таких функций относится и splice. Но сделать это можно только одним способом — функция должна подсчитать количество вставляемых элементов, а это не позволит обеспечить постоянное время выполнения splice... чего мы, собственно, и пытались добиться. Если отказаться от обновления размеров списков функцией splice, добиться постоянного времени выполнения для spliceможно, но тогда с линейной сложностью будет выполняться size— ей придется перебирать всю структуру данных и подсчитывать количество элементов. Как ни старайся, чем-то — size или splice — придется пожертвовать. Одна из этих операций может выполняться с постоянной сложностью, но не обе сразу.

В разных реализациях списков эта проблема решается разными способами в зависимости от того, какую из операций — sizeили splice— авторы хотят оптимизировать по скорости. При работе с реализацией list,в которой было выбрано постоянное время выполнения splice, лучше вызывать emptyвместо size, поскольку emptyвсегда работает с постоянной скоростью. Впрочем, даже если вы не используете такую реализацию, не исключено, что это произойдет в будущем. Возможно, программа будет адаптирована для другой платформы с другой реализацией STL, или вы перейдете на новую реализацию STL для текущей платформы.

В любом случае вы ничем не рискуете, вызывая emptyвместо проверки условия size()=0. Мораль: если вам потребовалось узнать, содержит ли контейнер ноль элементов — вызывайте empty. .

Есть два вектора, v1 и v2. Как проще всего заполнить v1 содержимым второй половины v2? Только не надо мучительно размышлять над тем, что считать «половиной» при нечетном количестве элементов в v2. Просто постарайтесь быстро дать разумный ответ.

Время истекло! Если вы предложили

v1.assign(v2.begin()+v2.size()/2,v2.end())

или нечто похожее — поздравляю, пять баллов. Если в вашем ответе присутствуют вызовы более чем одной функции, но при этом он обходится без циклов, вы получаете «четверку». Если в ответе задействован цикл, вам есть над чем поработать, а если несколько циклов — значит, вы узнаете из этой книги много нового.