Скотт Мейерс - Эффективное использование STL
Законны ли такие реализации? Может, да, а может — нет. По этому вопросу Стандарт высказывается недостаточно четко, и в соответствии с законом Мерфи разные авторы интерпретируют его по-разному. В результате достаточно часто встречаются реализации STL, в которых следующий фрагмент компилироваться не будет (хотя ранее говорилось о том, что он успешно компилируется):
EmplIDSet se;// Контейнер set объектов
// Employee, упорядоченных
// по коду
Employee selectedID; // Объект работника с заданным кодом
EmpIDSet::iterator=se.find(selectedID);
if (i!=se.end()){
i->setTitle("Corporate Deity"); // Некоторые реализации STL
}; // выдают ошибку в этой строке
Вследствие неоднозначности стандарта и обусловленных ею различий в реализациях программы, пытающиеся модифицировать элементы контейнеров set и multiset, не переносимы.
Что из этого следует? К счастью, ничего особенно сложного:
•если переносимость вас не интересует, если вы хотите изменить значение элемента в контейнере set/multiset и ваша реализация STL это разрешает — действуйте. Помните о том, что ключевая часть элемента (то есть часть элемента, определяющая порядок сортировки элементов в контейнере) должна сохраниться без изменений;
•если программа должна быть переносимой, элементы контейнеров set/ multiset модифицироваться не могут (по крайней мере, без преобразования const_cast).
Кстати, о преобразованиях. Вы убедились в том, что изменение вторичных данных элемента set/multiset может быть вполне оправданно, поэтому я склонен показать, как это делается — а точнее, делается правильно и переносимо. Сделать это нетрудно, но при этом приходится учитывать тонкость, о которой забывают многие программисты — преобразование должно приводить к ссылке. В качестве примера рассмотрим вызов setTitle, который, как было показано, не компилируется в некоторых реализациях:
EmpIDSet::iterator i=se.find(selectedID);
if (i!=se.end()) {
i->setTitle("Corporate Deity"); // Некоторые реализации STL
}// выдают ошибку в этой строке,
// поскольку *i имеет атрибут const
Чтобы этот фрагмент нормально компилировался и работал, необходимо устранить константность *i. Правильный способ выглядит так:
if (i!=se.end()){// Устранить
const_cast<Empioyee&>(*i).setTitle("Corporate Deity"); // константность *i
}
Мы берем объект, на который ссылается i, и сообщаем компилятору, что результат должен интерпретироваться как ссылка на (неконстантный) объект Employee, после чего вызываем setTitle для полученной ссылки. Я не буду тратить время на долгие объяснения и лучше покажу, почему альтернативное решение работает совсем не так, как можно было бы ожидать.
Многие программисты пытаются воспользоваться следующим кодом:
if (i!=se.end()){// Преобразовать *i
static_cast<Employee>(*i).setTitle("Corporate Deity"); // к Employee
}
Приведенный фрагмент эквивалентен следующему:
if (i!=se.end()){// То же самое.
((Employee)(*i)).setTitle("Corporate Deity");
// но с использованием
} // синтаксиса С
Оба фрагмента компилируются, но вследствие эквивалентности работают неправильно. На стадии выполнения объект *i не модифицируется, поскольку в обоих случаях результатом преобразования является временный анонимный объект — копия *i, и setTitle вызывается для анонимного объекта, а не для *i! Обе синтаксические формы эквивалентны следующему фрагменту:
if (i!=se.end()){
Employee tempCopy(*i);// Скопировать *i в tempCopy
tempCopy.setTitle("Corporate Deity");// Изменить tempCopy
}
Становится понятно, почему преобразование должно приводить именно к ссылке — тем самым мы избегаем создания нового объекта. Вместо этого результат преобразования представляет собой ссылку на существующий объект, на который указывает i. При вызове setTitle для объекта, обозначенного ссылкой, функция вызывается для *i, чего мы и добивались.
Все сказанное хорошо подходит для контейнеров set и multiset, но при переходе к map/multimap ситуация усложняется. Вспомните, что map<K,V> и multimap<K,V> содержат элементы типа pair<const K,V>. Объявление const означает, что первый компонент пары определяется как константа, а из этого следует, что любые попытки устранить его константность приводят к непредсказуемому результату. Теоретически реализация STL может записывать такие данные в область памяти, доступную только для чтения (например, в страницу виртуальной памяти, которая после исходной записи защищается вызовом системной функции), и попытки устранить их константность в лучшем случае ни к чему не приведут. Я никогда не слышал о реализациях, которые бы поступали подобным образом, но если вы стремитесь придерживаться правил, установленных в Стандарте, — никогда не пытайтесь устранять константность ключей в контейнерах map и multimap.
Несомненно, вы слышали, что подобные преобразования рискованны. Надеюсь, вы будете избегать их по мере возможности. Выполняя преобразование, вы временно отказываетесь от страховки, обеспечиваемой системой типов, а описанные проблемы дают представление о том, что может произойти при ее отсутствии.
Многие преобразования (включая только что рассмотренные) не являются абсолютно необходимыми. Самый безопасный и универсальный способ модификации элементов контейнера set, multiset, map или multimap состоит из пяти простых шагов.
1.Найдите элемент, который требуется изменить. Если вы не уверены в том, как сделать это оптимальным образом, обратитесь к рекомендациям по поводу поиска в совете 45.
2.Создайте копию изменяемого элемента. Помните, что для контейнеров map/ multimap первый компонент копии не должен объявляться константным — ведь именно его мы и собираемся изменить!
3.Удалите элемент из контейнера. Обычно для этого используется функция erase (см. совет 9).
4.Измените копию и присвойте значение, которое должно находиться в контейнере.
5.Вставьте новое значение в контейнер. Если новый элемент в порадке сортировки контейнера находится в позиции удаленного элемента или в соседней позиции, воспользуйтесь «рекомендательной» формой insert, повышающей эффективность вставки от логарифмической до постоянной сложности. В качестве рекомендации обычно используется итератор, полученный на шаге 1.
EmpIDSet: iterator i= se.find(selectedlD);
if (i!=se.end()) { Employee e(*i);
se.erase(i++):
// Этап 1: поиск изменяемого элемента
//Этап 2: копирование элемента
//Этап 3: удаление элемента.
//Увеличение итератора
//сохраняет его
//действительным (см. совет 9)
e.setTitle("Corporate Deity"); // Этап 4: модификация копии
se.insert(i,е):
// Этап 5: вставка нового значения.
//Рекомендуемая позиция совпадает
//с позицией исходного элемента
Итак, при изменении «на месте» элементов контейнеров set и multiset следует помнить, что за сохранение порядка сортировки отвечает программист.
Совет 23. Рассмотрите возможность замены ассоциативных контейнеров сортированными векторами
Многие программисты STL, столкнувшись с необходимостью структуры данных с быстрым поиском, немедленно выбирают стандартные ассоциативные контейнеры set, multiset, map и multimap. В этом выборе нет ничего плохого, но он не исчерпывает всех возможных вариантов. Если скорость поиска действительно важна, подумайте об использовании нестандартных хэшированных контейнеров (см. совет 25). При правильном выборе хэш-функций хэшированные контейнеры могут обеспечить поиск с постоянным временем (а при неправильном выборе хэш-функций или недостаточном размере таблиц быстродействие заметно снижается, но на практике это встречается относительно редко). Во многих случаях предполагаемое постоянное время поиска превосходит гарантированное логарифмическое время, характерное для контейнеров set, map и их multi -аналогов.
Даже если гарантированное логарифмическое время поиска вас устраивает, стандартные ассоциативные контейнеры не всегда являются лучшим выбором. Как ни странно, стандартные ассоциативные контейнеры по быстродействию нередко уступают банальному контейнеру vector. Чтобы эффективно использовать STL, необходимо понимать, в каких случаях vector превосходит стандартные ассоциативные контейнеры по скорости поиска.
Стандартные ассоциативные контейнеры обычно реализуются в виде сбалансированных бинарных деревьев. Сбалансированное бинарное дерево представляет собой структуру данных, оптимизированную для комбинированных операций вставки, удаления и поиска. Другими словами, оно предназначено для приложений, которые вставляют в контейнер несколько элементов, затем производят поиск, потом вставляют еще несколько элементов, затем что-то удаляют, снова возвращаются к удалению или вставке и т. д. Главной особенностью этой последовательности событий является чередование операций вставки, удаления и поиска. В общем случае невозможно предсказать следующую операцию, выполняемую с деревом.
