Скотт Мейерс - Эффективное использование STL

В итоге выяснилось, что создать контейнер с промежуточными объектами, удовлетворяющий всем требованиям к контейнеру STL, невозможно. Так или иначе, следы этой неудачной попытки сохранились в Стандарте. Можно долго гадать, почему vector был сохранен, но с практической точки зрения это несущественно. Главное — помните, что vector не удовлетворяет требованиям к контейнерам STL, что им лучше не пользоваться и что существуют альтернативные структуры данных deque и bitset, почти всегда способные заменить vector.

Ассоциативные контейнеры по некоторым характеристикам схожи с последовательными контейнерами, однако между этими категориями существует ряд принципиальных различий. Так, содержимое ассоциативных контейнеров автоматически сортируется; анализ содержимого производится по критерию эквивалентности, а не равенства; контейнеры setи mapне могут содержать дубликатов, а контейнеры mapи multimapобычно игнорируют половину данных в каждом из содержащихся в них объектов. Да, ассоциативные контейнеры являются контейнерами, но они определенно выделяются в самостоятельную категорию.

В этой главе мы рассмотрим основное понятие эквивалентности; проанализируем важное ограничение, установленное для функций сравнения; познакомимся с пользовательскими функциями сравнения для ассоциативных контейнеров указателей; обсудим официальные и практические аспекты неизменности ключа, а также пути повышения эффективности ассоциативных контейнеров.

В STL отсутствуют контейнеры на базе хэш-таблиц, поэтому глава завершается примерами двух распространенных (хотя и нестандартных) реализаций. Несмотря на отсутствие хэш-таблиц в STL, вам не придется реализовывать их самостоятельно или обходиться другими контейнерами. Существует немало готовых качественных реализаций.

Задача сравнения объектов возникает в STL очень часто. Например, если функция find ищет в интервале первый объект с заданным значением, она должна уметь сравнивать два объекта и узнавать, совпадают ли их значения. При попытке включения нового элемента в множество функция set:: insert должна проверить, не существует ли данное значение в контейнере.

Алгоритм findи функция set::insertявляются типичными представителями семейства функций, проверяющих совпадение двух величин, однако делают это они по-разному. Для findсовпадением считается равенство двух величин, проверяемое оператором =. Функция set:: insertпроверяет отношение эквивалентности, обычно основанное на операторе < Таким образом, по одному определению два объекта могут иметь одинаковые значения, тогда как по другому определению они будут различаться. Отсюда следует, что для эффективного использования STL необходимо понимать различия между равенством и эквивалентностью.

Формальное определение равенства основано на использовании оператора =. Если результат выражения х=у равен true,значит, х и у имеют одинаковые значения, а если false— разные. В целом определение весьма прямолинейное, хотя следует помнить о том, что из равенства значений не следует равенство всех полей данных. Предположим, класс Widgetхранит внутренние данные о времени последнего обращения:

class Widget {

public:

private:

TimeStamp lastAccessed;

};

Для класса Widgetможно определить оператор ==, игнорирующий значение этого поля:

bool operator=(const Widgets Ihs, const Widgets rhs) {

// Поле lastAccessed игнорируется

}

В этом случае два объекта Widgetбудут считаться равными даже в том случае, если их поля lastAccessedсодержат разные значения.

Эквивалентность основана на относительном порядке значений объектов в отсортированном интервале. Проще всего рассматривать ее в контексте порядка сортировки, являющегося частью любого стандартного ассоциативного контейнера (то есть set, multiset, mapи multimap).Два объекта х и у считаются эквивалентными по отношению к порядку сортировки, используемому ассоциативным контейнером с, если ни один из них не предшествует другому в порядке сортировки с. На первый взгляд такая формулировка кажется запутанной, но на практике все просто. Возьмем контейнер set s.Два объекта Widge t, w1и w2, имеют эквивалентные значения по отношению к s,если ни один из них не предшествует другому в порядке сортировки s.Стандартная функция сравнения для set t> — less — по умолчанию просто вызывает operator<для объектов Widge t, поэтому wl и w2 будут иметь значения, эквивалентные по отношению к operator<если истинно следующее выражение:

!(w1< w2 ложно

&& // и

!(w2< w1 ложно

Все вполне логично: два значения эквивалентны (по отношению к некоторому критерию упорядочения), если ни одно из них не предшествует другому в соответствии с данным критерием.

В общем случае функцией сравнения для ассоциативного контейнера является не оператор < или даже less, а пользовательский предикат (см. совет 39). Каждый стандартный ассоциативный контейнер предоставляет свой предикат сортировки через функцию key_comp, поэтому два объекта х и у имеют эквивалентные значения по отношению к критерию сортировки ассоциативного контейнера с, если выполняется следующее условие:

!c.key_comp()(x.y) && !c.key_comp()(y,x) // х не предшествует у

// в порядке сортировки с,

// а у не предшествует х

Выражение !c.key_comp()(x,y)выглядит устрашающе, но стоит понять, что c.key_comp()возвращает функцию (или объект функции), как все затруднения исчезают. Перед нами простой вызов функции (или объекта функции), возвращаемой key_comp, которой передаются аргументы х и у. Затем вычисляется логическое отрицание результата. Функция с.keycomp ()(х, у)возвращает trueлишь в том случае, если х предшествует у в порядке сортировки, поэтому выражение !с.key_comp()(х, у)истинно только в том случае, если х не предшествует у в порядке сортировки с.

Чтобы вы лучше осознали принципиальный характер различий между равенством и эквивалентностью, рассмотрим пример — контейнер set без учета регистра символов, то есть контейнер set, в котором функция сравнения игнорирует регистр символов в строках. С точки зрения такой функции строки «STL» и «stL» эквивалентны. Пример реализации функции ciStringCompare, игнорирующей регистр символов, приведен в совете 35, однако set требуется тип функции сравнения, а не сама функция. Чтобы заполнить этот пробел, мы пишем класс функтора с оператором (), вызывающим ciStringCompare: