C++. Сборник рецептов - [85]

                    // размера для хранения объектов
                    // Заполняем vec2...
}

Обсуждение

Ключ к эффективному использованию vector лежит в знании его работы. Когда у вас есть четкое представление реализации vector, вопросы производительности становятся очевидными.

Как работает vector

vector — это по сути управляемый массив. Более конкретно, vector — это непрерывный фрагмент памяти (т.е. массив), который достаточно велик для хранения n объектов типа T, где n больше или равно нулю и меньше или равно зависящему от реализации максимальному размеру. Обычно n увеличивается в процессе жизни контейнера при добавлении или удалении элементов, но оно никогда не уменьшается. Что отличает vector от массива — это автоматическое управление памятью массива, методы для вставки и получения элементов и методы, которые предоставляют метаданные о контейнере, такие как размер (число элементов) и емкость (размер буфера), а также информацию о типе: vector::value_type — это тип T, vector::pointer — это тип указатель-на-T и т.д. Два последних и некоторые другие являются частью любого стандартного контейнера, и они позволяют писать обобщенный код, который работает независимо от типа T. Рисунок 6.1 показывает графическое представление того, что предоставляют некоторые из методов vector, если vector имеет размер 7 и емкость 10.

Рис. 6.1. Внутренности vector

Если вам любопытно, как поставщик вашей стандартной библиотеки реализовал vector, скомпилируйте пример 6.1 и пройдите в отладчике все вызовы методов vector или откройте заголовочный файл реализации стандартной библиотеки и изучите его. Код, который вы там увидите, по большей части не является дружественным к читателю, но он должен осветить некоторые моменты. Во-первых, если вы еще не видели кода библиотеки, он даст вам представление о методиках реализации, используемых для написания эффективного, переносимого обобщенного кода. Во-вторых, он даст точное представление о том, что представляют собой используемые вами контейнеры. При написании кода, который должен работать с различными реализациями стандартной библиотеки, это следует сделать в любом случае.

Однако независимо от поставщика библиотеки почти все реализации векторов похожи. В них есть переменная экземпляра, которая указывает на массив из T, и элементы, добавляемые или присваиваемые вами, с помощью конструктора копирования или операции присвоения помешаются в элементы этого массива.

Обычно добавление объекта T в следующий доступный слот буфера выполняется с помощью копирующего конструктора и new, которому передается тип создаваемого объекта, а также адрес, по которому он должен быть создан. Если вместо этого явно присвоить значение слоту, используя его индекс (с помощью operator[] или at), то будет использован оператор присвоения T. Заметьте, что в обоих случаях объект клонируется либо с помощью конструктора копирования, либо T::operator=. vector не просто хранит адрес добавляемого объекта. Именно по этой причине любой тип, сохраняемый в векторе, должен поддерживать копирующий конструктор и присвоение. Эти свойства означают, что эквивалентный объект типа T может быть создан с помощью вызова конструктора копирования T или оператора присвоения. Это очень важно из-за семантики копирования vector — если конструктор копирования или присвоение объектов не работает, то результаты, получаемые из vector, могут отличаться от того, что в него помещалось. А это плохо.

После добавления некоторого набора объектов в vector его буфер заполняется, и для добавления новых объектов его требуется увеличить. Алгоритм увеличения размера зависит от реализации, но обычно буфер размера n увеличивается до 2n+1. Важным здесь является то, как vector увеличивает свой буфер. Вы не можете просто сказать операционной системе неопределенно увеличить свой фрагмент памяти кучи. Требуется запросить новый фрагмент, который больше уже имеющегося. В результате процесс увеличения размера буфера выглядит следующим образом.

1. Выделить память для нового буфера.

2. Скопировать старые данные в новый буфер.

3. Удалить старый буфер.

Это позволяет vector хранить все его объекты в одном непрерывном фрагменте памяти.

Оптимизация производительности vector

Предыдущий раздел должен дать вам представление о том, как объекты хранятся в векторе. Из этого обзора вам должны стать понятны главные моменты, связанные с производительностью, но в том случае, если вы еще не поняли, я расскажу о них.

Для начала, vector (или любой другой контейнер из стандартной библиотеки) не хранит объекты. Он хранит копии объектов. Это значит, что каждый раз, когда в vector заносится новый объект, он туда не «кладется». С помощью конструктора копирования или оператора присвоения он копируется в другое место. Аналогично при получении значения из vector происходит копирование того, что находится в векторе по указанному индексу, в локальную переменную. Рассмотрим простое присвоение элемента vector локальной переменной.

vector myVec;
// Поместить несколько объектов MyObj в myVec
MyObj obj = myVec[10]; // Скопировать объект с индексом 10