Скотт Мейерс - Эффективное использование STL

};

template

class BPFC:// Компактная, мономорфная версия

public unary_function {

private:

BPFCImpl* pImpl;// Все данные BPFC

public:

void operator()(const T& val) const; // Функция не является

{// виртуальной; вызов передается

plImpl->operator()(val);// BPFCImpl

}

};

Реализация BFPC:: operator() дает пример того, как должны строиться реализации всех виртуальных функций BPFC: они должны вызывать свои виртуальные «прототипы» из BPFCImpl. Полученный в результате класс функтора (BPFC) компактен и мономорфен, но при этом он предоставляет доступ к большому объему данных состояния и работает полиморфно.

Материал изложен довольно кратко, поскольку описанные базовые приемы хорошо известны в кругах С++. В книге «Effective С++» этой теме посвящен совет 34. В книге «Приемы объектно-ориентированного проектирования» [6] соответствующая методика называется «паттерн Bridge». Саттер в своей книге «Exceptional С++» [8] использует термин «идиома Pimpl».

С позиций STL прежде всего необходимо помнить о том, что классы функторов, использующие данную методику, должны поддерживать соответствующий механизм копирования. Если бы вы были автором приведенного выше класса BPFC, то вам пришлось бы позаботиться о том, чтобы копирующий конструктор выполнял осмысленные действия с объектом BPFCImpl, на который он ссылается. Возможно, простейшее решение заключается в организации подсчета ссылок при помощи указателя shared_ptr из библиотеки Boost или его аналога (см. совет 50).

В сущности, копирующий конструктор BPFC — единственное, о чем вам придется побеспокоиться в контексте данного примера, поскольку при передаче и получении функторов от функций STL всегда происходит копирование (помните, что говорилось выше о передаче по значению?). Из этого вытекают два требования: компактность и мономорфизм.

Для начала разберемся с основными терминами.

Предикатом называется функция, возвращающая тип bool (или другое значение, которое может быть автоматически преобразовано к bool). Предикаты широко используются в STL. В частности, функции сравнения в стандартных ассоциативных контейнерах представляют собой предикаты. Предикатные функции часто передаются в виде параметров таким алгоритмам, как find_if, и различным алгоритмам сортировки (обзор алгоритмов сортировки приведен в совете 31).

«Чистой» функцией называется функция, возвращаемое значение которой зависит только от параметров. Если f — «чистая» функция, а х и у — объекты, то возвращаемое значение f (х,у) может измениться только в случае изменения х или у.

В С++ все данные, используемые «чистыми» функциями, либо передаются в виде параметров, либо остаются постоянными на протяжении всего жизненного цикла функции (естественно, такие постоянные данные объявляются с ключевым словом const). Если бы данные, используемые «чистой» функцией, могли изменяться между вызовами, то вызов этой функции в разные моменты времени с одинаковыми параметрами мог бы давать разные результаты, что противоречит определению «чистой» функции.

Из сказанного должно быть понятно, что нужно сделать, чтобы предикаты были «чистыми» функциями. Мне остается лишь убедить читателя в том, что эта рекомендация обоснована. Для этого придется ввести еще один термин.

• Предикатным классом называется класс функтора, у которого функция operator ., ) является предикатом, то есть возвращает true или false. Как и следует ожидать, во всех случаях, когда STL ожидает получить предикат, может передаваться либо настоящий предикат, либо объект предикатного класса.

Обещаю, что новых терминов больше не будет. Теперь давайте разберемся, почему следует выполнять рекомендацию данного совета.

В совете 38 объяснялось, что объекты функций передаются по значению, поэтому при проектировании необходимо позаботиться о возможном копировании. Для объектов функций, являющихся предикатами, существует и другой аргумент в пользу специальной поддержки копирования. Алгоритмы могут создавать копии функторов и хранить их определенное время перед применением, причем некоторые реализации алгоритмов этим активно пользуются. Важнейшим следствием этого факта является то, что предикатные функции должны быть «чистыми».

Предположим, вы нарушили это ограничение. Ниже приведен плохо спроектированный класс предиката, который независимо от переданных аргументов возвращает true только один раз — при третьем вызове. Во всех остальных случаях возвращается false.

class BadPredicate: // Базовый класс описан

public unary_function{ // в совете 40

public:

BadPredicate():timesCalles(0){}// Переменная timesCalled

// инициализируется нулем

bool operator() (const Widget&) {

return ++timesCalled = 3:

}

private:

size_t timesCalled:

};

Предположим, класс BadPedicateиспользуется для исключения третьего объекта Widget из контейнера vector:

vector vw;// Создать вектор и заполнить его

// объектами Widget

vww.erase(remove_if(vw.begin(), // Удалить третий объект Widget.

vw.end(), // связь между erase и remove_if

BadPredcate()),// описана в совете 32

vw.end());

Программа выглядит вполне разумно, однако во многих реализациях STL из вектора vw удаляется не только третий, но и шестой элемент!

Чтобы понять, почему это происходит, необходимо рассмотреть один из распространенных вариантов реализации remove_if. Помните, что эта реализация не является обязательной.

template

FwdIterator remove_if(FwdIterator begin, FwdIterator end, Predicate p)

{

begin = find_if(begin,end,p):

if(begin==end) return begin;

else {

FwdIterator next=begin;

return remove_copy_if(++next,end,begin,p);

}

}

Подробности нас сейчас не интересуют. Обратите внимание: предикат р сначала передается find_if, а затем remove_copy_if. Конечно, в обоих случаях р передается по значению — то есть копируется (теоретически возможны исключения, но на практике дело обстоит именно так; за подробностями обращайтесь к совету 38).

Первый вызов remove_if (расположенный в клиентском коде, удаляющем третий элемент из vw) создает анонимный объект BadPredcate с внутренней переменной timesCalled, равной 0. Этот объект, известный в remove_if под именем р, затем копируется в find_if, поэтому find_if тоже получает объект BadPredicate с переменной timesCalled, равной 0. Алгоритм find_if «вызывает» этот объект, пока тот не вернет true; таким образом, объект вызывается три раза. Затем find_if возвращает управление remove_if. Remove_if продолжает выполняться и в итоге вызывает remove_copy_if, передавая в качестве предиката очередную копию р. Но переменная timesCalled объекта р по-прежнему равна 0! Ведь алгоритм find_if вызывал не р, а лишь копию р. В результате при третьем вызове из remove_copy_if предикат тоже вернет true. Теперь понятно, почему remove_if удаляет два объекта Widget вместо одного.