Эффективное использование STL

Да, функторы и классы функторов встречаются в STL на каждом шагу. Встретятся они и в ваших программах. Умение создавать правильно работающие функторы абсолютно необходимо для эффективного использования STL, поэтому большая часть этой главы посвящена одной теме — как добиться того, чтобы функторы работали именно так, как им положено работать в STL. Впрочем, один совет посвящен другой теме и наверняка пригодится тем, кто задумывался о необходимости включения в программу вызовов ptr_fun, mem_fun и mem_fun_ref. При желании начните с совета 41, но пожалуйста, не останавливайтесь на этом. Когда вы поймете, для чего нужны эти функции, материал остальных советов поможет вам наладить правильное взаимодействие ваших функторов с ними и с STL в целом.

Совет 38. Проектируйте классы функторов для передачи по значению

Ни C, ни C++ не позволяют передавать функции в качестве параметров других функций. Вместо этого разрешается передавать указатели на функции. Например, объявление стандартной библиотечной функции qsort выглядит следующим образом:

void qsort(void *base, size_t nmemb, size_t size,
 int (*cmpfcn)(const void*, const void*));

В совете 46 объясняется, почему вместо функции qsort обычно рекомендуется использовать алгоритм sort, но дело не в этом. Нас сейчас интересует объявление параметра cmpfcn функции qsort. При внимательном анализе становится ясно, что аргумент cmpcfn, который является указателем на функцию, копируется (то есть передается по значению) из точки вызова в функцию qsort. Данный пример поясняет правило, соблюдаемое стандартными библиотеками C и C++, — указатели на функции должны передаваться по значению.

Объекты функций STL создавались по образцу указателей на функции, поэтому в STL также действует правило, согласно которому объекты функций передаются по значению (то есть копируются). Вероятно, это правило лучше всего демонстрирует приведенное в Стандарте объявление алгоритма for_each, который получает и передает по значению объекты функций:

template<class InputIterator, class Function>
Function // Возврат по значению
for_each(InputIterator first, InputIterator last,
 Function f);// Передача по значению

Честно говоря, передача по значению не гарантирована полностью, поскольку вызывающая сторона может явно задать типы параметров в точке вызова. Например, в следующем фрагменте for_each получает и возвращает функторы по ссылке:

class DoSomething:
 public unary_function<int, void>{ // Базовый класс описан
 void operator(int x){…} // в совете 40
};
typedef deque<int>::iterator DequeIntIter; // Вспомогательное определение
deque<int> di;
…
DoSomething d; // Создать объект функции
…
for_each<DequeIntIter, // Вызвать for_each с типами
DoSomethng&>(di.begin, // параметров DequeIntIter
 di.end, // и DoSomething&; в результате
 d); // происходит передача
 // и возврат по ссылке.

Пользователи STL почти никогда не используют эту возможность, а в некоторых реализациях алгоритмов STL при передаче объектов функций по ссылке программы даже не компилируются. В продолжение этого совета будем считать, что объекты функций всегда передаются по значению, поскольку на практике это почти всегда так.

Поскольку объекты функций передаются и возвращаются по значению, вы должны позаботиться о том, чтобы объект функции правильно работал при передаче подобным способом (то есть копированием). Для этого необходимо соблюдение двух условий. Во-первых, объекты функций должны быть небольшими, в противном случае копирование обойдется слишком дорого. Во-вторых, объекты функций должны быть мономорфными (то есть не полиморфными), поэтому в них не могут использоваться виртуальные функции. Второе требование связано с тем, что при передаче по значению объектов производных классов в параметрах базового класса происходит отсечение: в процессе копирования удаляются специализированные составляющие (другой пример проблемы отсечения в STL приведен в совете 3).

Бесспорно, эффективность является важным фактором, и предотвратить отсечение тоже необходимо, однако не все функторы малы и мономорфны. Одно из преимуществ объектов функций перед обычными функциями заключается в отсутствии ограничений на объем информации состояния. Некоторые объекты функций от природы «упитанны», и очень важно, чтобы они могли передаваться алгоритмам STL так же просто, как и их «тощие» собратья.

Столь же нереалистичен и запрет на полиморфные функторы. Иерархическое наследование и динамическое связывание относятся к числу важнейших особенностей C++, и при проектировании классов функторов они могут принести такую же пользу, как и в других областях. Что такое классы функторов без наследования? C++ без «++». Итак, необходимы средства, которые бы позволяли легко передавать большие и/или полиморфные объекты функций с соблюдением установленного в STL правила о передаче функторов по значению.

Такие средства действительно существуют. Достаточно взять данные и/или полиморфные составляющие, которые требуется сохранить в классе функтора, перенести их в другой класс и сохранить в классе функтора указатель на этот новый класс. Рассмотрим пример создания класса полиморфного функтора с большим количеством данных:

template<typename T> // BPFC = "Big Polymorphic
class BPFC: // Functor class"
 public // Базовый класс описан
 unary_function<T, void> { // в совете 40
private:
 Widget w; // Класс содержит большой объем
 int х; // данных, поэтому передача
 … // по значению
 // была бы неэффективной
public:
 virtual void operator(const T& val) const; // Виртуальная функция.
 … // создает проблему