Эффективное использование STL - Скотт Мейерс

 Lock<vector<int> > lock(v); // Получение мьютекса

 vector<int>::iterator first5(find(v.begin(), v.end(), 5));

 if (first5 != v.end()) {

  *first5 = 0;

 }

} // Закрытие блока с автоматическим

  // освобождением мьютекса

Поскольку мьютекс контейнера освобождается в деструкторе Lock, важно обеспечить уничтожение Lock сразу же после освобождения мьютекса. Для этого мы создаем новый блок, в котором определяется объект Lock, и закрываем его, как только надобность в мьютексе отпадает. На первый взгляд кажется, что вызов releaseMutexFor попросту заменен необходимостью закрыть блок, но это не совсем так. Если мы забудем создать новый блок для Lock, мьютекс все равно будет освобожден, но это может произойти позднее положенного момента — при выходе из внешнего блока. Если забыть о вызове releaseMutexFor, мьютекс вообще не освобождается.

Более того, решение, основанное на классе Lock, лучше защищено от исключений. C++ гарантирует уничтожение локальных объектов при возникновении исключения, поэтому Lock освободит мьютекс, даже если исключение произойдет при использовании объекта Lock. При использовании парных вызовов getMutexFor/releaseMutexFor мьютекс не будет освобожден, если исключение происходит после вызова getMutexFor, но перед вызовом releaseMutexFor.

Исключения и управление ресурсами важны, но данный совет посвящен другой теме — потоковой безопасности в STL. Как говорилось выше, вы можете надеятьсяна то, что реализация библиотеки обеспечивает параллельное чтение из одного контейнера и одновременную запись в разные контейнеры. Не надейтесь, что библиотека избавит вас от ручной синхронизации и не рассчитывайте на поддержку многопоточности.

Контейнеры vector и string

Все контейнеры STL по-своему полезны, однако большинство программистов C++ работает с vector и string чаще, чем с их собратьями, и это вполне понятно. Ведь контейнеры vector и string разрабатывались как замена массивов, а массивы настолько полезны и удобны, что встречаются во всех коммерческих языках программирования от COBOL до Java.

В этой главе контейнеры vector и string рассматриваются с нескольких точек зрения. Сначала мы разберемся, чем они превосходят классические массивы STL, затем рассмотрим пути повышения быстродействия vector и string, познакомимся с различными вариантами реализации string, изучим способы передачи string и vector функциям API, принимающим данные в формате C. Далее будет показано, как избежать лишних операций выделения памяти. Глава завершается анализом поучительной аномалии, vector<bool>.

Совет 13. Используйте vector и string вместо динамических массивов

Принимая решение о динамическом выделении памяти оператором new, вы берете на себя ряд обязательств.

1. Выделенная память в дальнейшем должна быть освобождена оператором delete. Вызов new без последующего delete приводит к утечке ресурсов.

2. Освобождение должно выполняться соответствующей формой оператора delete. Одиночный объект освобождается простым вызовом delete, а для массивов требуется форма delete[]. Ошибка в выборе формы delete приводит к непредсказуемым последствиям. На одних платформах программа «зависает» во время выполнения, а на других она продолжает работать с ошибками, приводящими к утечке ресурсов и порче содержимого памяти.

3. Оператор delete для освобождаемого объекта должен вызываться ровно один раз. Повторное освобождение памяти также приводит к непредсказуемым последствиям.

Итак, динамическое выделение памяти сопряжено с немалой ответственностью, и я не понимаю, зачем брать на себя лишние обязательства. При использовании vector и string необходимость в динамическом выделении памяти возникает значительно реже.

Каждый раз, когда вы готовы прибегнуть к динамическому выделению памяти под массив (то есть собираетесь включить в программу строку вида «new T[…]»), подумайте, нельзя ли вместо этого воспользоваться vector или string. Как правило, string используется в том случае, если T является символьным типом, а vector — во всех остальных случаях. Впрочем, позднее мы рассмотрим ситуацию, когда выбор vector<char> выгладит вполне разумно. Контейнеры vector и string избавляют программиста от хлопот, о которых говорилось выше, поскольку они самостоятельно управляют своей памятью. Занимаемая ими память расширяется по мере добавления новых элементов, а при уничтожении vector или string деструктор автоматически уничтожает элементы контейнера и освобождает память, в которой они находятся.

Кроме того, vector и string входят в семейство последовательных контейнеров STL, поэтому в вашем распоряжении оказывается весь арсенал алгоритмов STL, работающих с этими контейнерами. Впрочем, алгоритмы STL могут использоваться и с массивами, однако у массивов отсутствуют удобные функции begin, end, size и т. п., а также вложенные определения типов (iterator, reverse_iterator, value_type и т. д.), а указатели char* вряд ли могут сравниться со специализированными функциями контейнера string. Чем больше работаешь с STL, тем меньше энтузиазма вызывают встроенные массивы.

Если вас беспокоит судьба унаследованного кода, работающего с массивами, не волнуйтесь и смело используйте vector и string. В совете 16 показано, как легко организовать передачу содержимого vector и string функциям C, работающим с массивами, поэтому интеграция с унаследованным кодом обычно обходится без затруднений.

Честно говоря, мне приходит в голову лишь одна возможная проблема при замене динамических массивов контейнерами vector/string, причем она относится только к string. Многие реализации string основаны на подсчете ссылок (совет 15), что позволяет избавиться от лишних выделений памяти и копирования символов, а также во многих случаях ускоряет работу контейнера. Оптимизация string на основе подсчета ссылок была сочтена настолько важной, что Комитет по стандартизации C++ специально разрешил ее использование.

Впрочем, оптимизация нередко оборачивается «пессимизацией». При использовании string с подсчетом ссылок в многопоточной среде время, сэкономленное на выделении памяти и копировании, может оказаться ничтожно малым по сравнению со временем, затраченным на синхронизацию доступа (за подробностями обращайтесь к статье Саттера «Optimizations That Aren't (In a Multithreaded World)» [20]). Таким образом, при использовании string с подсчетом ссылок в многопоточной среде желательно следить за проблемами быстродействия, обусловленными поддержкой потоковой безопасности.

Чтобы узнать, используется ли подсчет ссылок в вашей реализации string, проще всего обратиться к документации библиотеки. Поскольку подсчет ссылок считается оптимизацией, разработчики обычно отмечают его среди положительных особенностей библиотеки. Также можно обратиться к исходным текстам реализации string. Обычно я не рекомендую искать нужную информацию таким способом, но иногда другого выхода просто не остается. Если вы пойдете по этому пути, не забывайте, что string является определением типа для basic_string<char> (а wstring — для basic_string<wchar_t>), поэтому искать следует в шаблоне basic_string. Вероятно, проще всего обратиться к копирующему конструктору класса. Посмотрите, увеличивает ли он переменную, которая может оказаться счетчиком ссылок. Если такая переменная будет найдена, string использует подсчет ссылок, а если нет — не использует… или вы просто ошиблись при поиске.

Если доступная реализация string построена на подсчете ссылок, а ее использование в многопоточной среде порождает проблемы с быстродействием, возможны по крайней мере три разумных варианта, ни один из которых не связан с отказом от STL. Во-первых, проверьте, не позволяет ли реализация библиотеки отключить подсчет ссылок (обычно это делается изменением значения препроцессорной переменной). Конечно, переносимость при этом теряется, но с учетом минимального объема работы данный вариант все же стоит рассмотреть. Во-вторых, найдите или создайте альтернативную реализацию string (хотя бы частичную), не использующую подсчета ссылок. В-третьих, посмотрите, нельзя ли использовать vector<char> вместо string. Реализации vector не могут использовать подсчет ссылок, поэтому скрытые проблемы многопоточного быстродействия им не присущи. Конечно, при переходе к vector<char> теряются многие удобные функции контейнера string, но большая часть их функциональности доступна через алгоритмы STL, поэтому речь идет не столько о сужении возможностей, сколько о смене синтаксиса.