Джулиан Бакнелл - Фундаментальные алгоритмы и структуры данных в Delphi

Этот простой пример служит демонстрацией выбора компромиссного варианта между требуемым объемом памяти и быстродействием. Часто для увеличения скорости работы приходится вычислять все возможные результаты заранее, однако это требует дополнительной памяти.

Дискуссию о быстродействии алгоритмов нельзя считать законченной без краткого рассмотрения длинных строк. С ними связан целый ряд проблем, касающихся эффективности. Длинные строки появились в Delphi 2 и присутствовали во всех последующих компиляторах Delphi и Kylix (программисты, работающие в Delphi1, могут не беспокоиться о длинных строках и без последствий пропустить этот раздел).

Длинная строковая переменная string - это всего лишь указатель на специальным образом отформатированный блок памяти. Другими словами, sizeof(stringvar) - sizeof(pointer). Если указатель содержит nil, строка считается пустой. В противном случае указатель указывает непосредственно на последовательность символов, составляющих строку. Функции для работы с длинными строками в библиотеке времени выполнения гарантируют, что строка всегда завершается нулем (null-символом). Благодаря этому, строковую переменную всегда можно легко привести к типу PChar, используемому при вызове API-функций системы. Но, наверное, не все знают, что блок памяти, на который указывает указатель, содержит и некоторую дополнительную информацию. Четыре байта, расположенные до последовательности символов, представляют собой целочисленное значение - длину строки (за исключением завершающего нуля). Предшествующие четыре байта содержат целочисленное значение, представляющее собой счетчик ссылок (для постоянных строк это значение равно -1). Если память для строки выделена из кучи, то предшествующие четыре байта содержат целочисленное значение, представляющее собой полный объем используемого строкой блока памяти, включая все скрытые целочисленные поля, последовательность символов, составляющих строку, и скрытый завершающий null-символ, округленные до ближайших четырех байтов.

Счетчик ссылок присутствует в блоке памяти, поэтому операция

MyOtherString := MyString выполняется очень быстро. Компилятор преобразует это присвоение за два шага: сначала он увеличивает на 1 счетчик ссылок для строки, на которую указывает MyString, а затем устанавливает указатель MyOtherString равным указателю MyString.

Вот и все, что можно сказать об увеличении быстродействия приложения при использовании длинных строк. Все остальные операции со строками будут требовать выделения памяти.

Если функции передать строку, которая в процессе выполнения функции не будет изменяться, объявляйте ее как const. В большинстве случаев это исключает скрытое добавление блока try..finally. Если не использовать ключевое слово const, компилятор будет считать, что значение, возможно, будет изменяться, и поэтому вводит скрытую локальную переменную для хранения строки. В начале выполнения функции счетчик ссылок будет увеличен на 1, а в конце - уменьшен на 1. Чтобы гарантировать, что значение счетчика всегда будет уменьшаться, компилятор вставляет скрытый блок try..finally.

В листинге 1.5 приведена функция определения количества гласных в строке.

Листинг 1.5. Подсчет количества гласных в строке

function CountVowels(const S : string): integer;

var

i : integer;

begin

Result := 0;

for i := 1 to length (S) do

if upcase(S[i]) in ['A', 'E', 'I', 'O', 'U'] then

inc(Result);

end;

Если из строки объявления функции убрать ключевое слово const, ее быстродействие снизится приблизительно на 12% - это и есть влияние скрытого блока try..finally.

Часто мы используем совместно символы и строки, не обращая на это никакого внимания. Преобразованием типов занимается компилятор, и программист зачастую не подозревает, что происходит на самом деле. Возьмем, например, функцию Pos. Как вы знаете, эта функция возвращает положение подстроки в строке. Если использовать ее для поиска символа:

PosOfCh := Pos(SomeChar, MyString);

нужно помнить, что компилятор автоматически преобразует символ в длинную строку. Он выделит память для строки из кучи, установит длину равной 1 и скопирует в строку символ. Затем вызывается функция Pos. Поскольку фактически будет использоваться скрытая длинная строка, для уменьшения значения счетчика ссылок в функцию будет автоматически добавлен блок try..finally. Функция, приведенная в листинге 1.6, в пять (да-да, в пять!) раз быстрее, несмотря на то, что она была написана на языке Pascal, а не на ассемблере.

Листинг 1.6. Определение позиции символа в строке

function TDPosCh(aCh : AnsiChar;

const S : string): integer;

var

i : integer;

begin

Result := 0;

for i := 1 to length(S) do

if (S[i] = aCh) then begin

Result := i;

Exit;

end;

end;

Можно порекомендовать проверять синтаксис вызываемых функций при использовании символа, чтобы убедиться, что параметры действительно являются символами, а не строками.

И еще одна небольшая рекомендация. Операция конкатенации, +, тоже работает только со строками. Если конкатенация символа со строкой выполняется в цикле, попытайтесь найти для этого другой способ (например, предварительно задать длину строки, а затем присвоить значения отдельными символам строки), поскольку компилятору придется автоматически преобразовывать все символы в строки.

Теперь давайте на минутку забудем об анализе быстродействия алгоритмов и немного поговорим о процедурных алгоритмах - алгоритмах, предназначенных для выполнения процесса разработки, а не вычислений.

Независимо от того, как мы пишем код, в какой-то момент потребуется провести тестирование [31], дабы убедиться в том, что код работает, как задумывалось. Дает ли код правильные результаты для определенного набора входных значений? Записываются ли данные в базу данных при нажатии на кнопку ОК? Естественно, если тестирование проходит неудачно, необходимо найти ошибку и устранить ее. Этот процесс известен как отладка - тестирование показало наличие ошибки и нужно найти ее и устранить. Таким образом, тестирование и отладка неразрывно связаны между собой - по сути, это две стороны одной медали.

Поскольку мы никак не можем обойтись без тестирования (хотелось бы думать, что мы безупречны, а наш код не содержит ошибок, но, к сожалению, это не так), каким образом можно упростить этот процесс?

Вот первое золотое правило: код всегда содержит ошибки. И в этом нет причин для стыда. Код с ошибками - это часть нормальной работы любого программиста. Нравится вам это или нет, но программисты склонны делать ошибки. Одно из удовольствий программирования и заключается в обнаружении и устранении самых неуловимых ошибок.