Oikeudelliset näkökohdat taulukon alustamiselle funktorilla ja taulukon ottamiseksi viitteeksi C++:ssa

Funktoripohjaisen taulukon alustuksen ymmärtäminen C++:ssa

C++:ssa taulukoiden alustaminen, erityisesti sellaisten, jotka sisältävät ei-oletuksena rakennettavia tyyppejä, voi olla vaikeaa. Tämä pätee erityisesti silloin, kun sinun on luotava monimutkaisia ​​tietotyyppejä ilman oletuskonstruktoreita. Eräs kiehtova tekniikka on käyttää funktoreita tällaisten taulukoiden käynnistämiseen itse taulukolla viitteenä.

Tässä on tarkoitus käyttää lambda-funktiota funktiona vuorovaikutuksessa alustettavan taulukon kanssa. Matriisielementit luodaan sijoittamalla lisäelementtejä, mikä antaa sinulle enemmän vapautta työskennellessäsi monimutkaisten tai valtavien tietojoukkojen kanssa. Tämä lähestymistapa näyttää toimivan oikein uusimpien C++-kääntäjien kanssa, vaikka sen legitiimiys C++-standardin alaisuudessa on epävarma.

On kriittistä arvioida taulukkoon pääsyn monimutkaisuus tällä tavalla sekä sitä, noudattaako tämä ratkaisu kielen sääntöjä objektien eliniän ja muistin hallinnan osalta. Mahdollisesti määrittelemättömästä käyttäytymisestä tai standardirikkomuksista aiheutuu huolta siitä, että taulukko toimitetaan viitteenä sen alustuksen aikana.

Tämä essee tutkii tämän tekniikan laillisuutta ja sen merkitystä erityisesti muuttuvien C++-standardien valossa. Vertaamme sitä myös muihin tapoihin ja tuomme esiin sekä käytännön hyödyt että mahdolliset haitat.

Array-alustuksen tutkiminen funktioiden avulla C++:ssa

Edelliset komentosarjat käyttävät funktiota ei-oletuksena rakennettavan taulukon alustamiseen C++:ssa. Tämä menetelmä on erityisen kätevä, kun haluat luoda monimutkaisia ​​tyyppejä, joita ei voida alustaa ilman tiettyjä argumentteja. Ensimmäisessä komentosarjassa lambda-funktiota käytetään luomaan Int-luokan esiintymiä, ja sijoittelua new käytetään alustamaan taulukon jäseniä ennalta varattuun muistiin. Näin kehittäjät voivat välttää oletuskonstruktoreiden käytön, mikä on tärkeää työskennellessä sellaisten tyyppien kanssa, jotka vaativat parametreja alustuksen aikana.

Yksi kriittinen osa tätä lähestymistapaa on uuden sijoittelun käyttö, kehittynyt C++-ominaisuus, jonka avulla ihminen voi hallita objektien sijoittamista muistiin. Komentoa arr.data() käyttämällä saadaan taulukon sisäisen puskurin osoite ja objektit rakennetaan suoraan muistiosoitteisiin. Tämä strategia varmistaa tehokkaan muistinhallinnan, erityisesti käytettäessä suuria taulukoita. On kuitenkin noudatettava varovaisuutta muistivuotojen välttämiseksi, koska esineiden manuaalinen tuhoaminen vaaditaan, jos sijoitetaan uutta.

Lambda-funktio saa kiinni sekä taulukon että generaattorin viittauksella (&arr, &gen), jolloin funktio voi muuttaa taulukkoa suoraan alustuksensa aikana. Tämä menetelmä on kriittinen käytettäessä suuria tietojoukkoja, koska se eliminoi suurten rakenteiden kopioimisen ylimääräiset kustannukset. Lambda-funktion sisällä oleva silmukka toistuu taulukossa ja luo uusia Int-objekteja generaattorifunktiolla. Tämä varmistaa, että jokainen taulukon elementti alustetaan asianmukaisesti indeksin perusteella, mikä tekee menetelmästä mukautuvan erilaisiin taulukoihin.

Yksi ehdotetun lähestymistavan kiehtovimmista puolista on sen mahdollinen yhteensopivuus C++:n eri versioiden, erityisesti C++14:n ja C++17:n, kanssa. Vaikka C++17 lisäsi rvalue-semantiikkaa, mikä voisi parantaa tämän ratkaisun tehokkuutta, uusien ja suorien muistin käyttötekniikoiden sijoittelu voi tehdä siitä pätevän myös vanhemmissa C++-standardeissa. Kehittäjien on kuitenkin varmistettava, että he ymmärtävät perusteellisesti tämän menetelmän seuraukset, koska huono muistinhallinta voi johtaa määrittelemättömään toimintaan tai muistin vioittumiseen. Tämä lähestymistapa on hyödyllinen, kun muut ratkaisut, kuten std::index_sequence, epäonnistuvat toteutusrajoitusten vuoksi.

#include <cstddef>
#include <utility>
#include <array>
#include <iostream>

struct Int {
    int v;
    Int(int v) : v(v) {}
};

int main() {
    auto gen = [](size_t i) { return Int(11 * (i + 1)); };
    std::array<Int, 500000> arr = [&arr, &gen]() {
        for (std::size_t i = 0; i < arr.size(); i++)
            new (arr.data() + i) Int(gen(i));
        return arr;
    }();

    for (auto i : arr) {
        std::cout << i.v << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
    return 0;
}

#include <cstddef>
#include <array>
#include <iostream>

struct Int {
    int v;
    Int(int v) : v(v) {}
};

int main() {
    auto gen = [](size_t i) { return Int(11 * (i + 1)); };
    std::array<Int, 500000> arr;

    [&arr, &gen]() {
        for (std::size_t i = 0; i < arr.size(); i++)
            new (&arr[i]) Int(gen(i));
    }();

    for (const auto& i : arr) {
        std::cout << i.v << ' ';
    }
    std::cout << '\n';
}

Lisätietoa taulukon alustuksesta funktioiden avulla

C++:ssa yksi vaikeimmista elementeistä suurten taulukoiden alustamisessa muilla kuin oletusarvoisilla rakennettavilla tyypeillä on tehokkaan muistinhallinnan varmistaminen noudattaen samalla kielen objektin käyttöiän rajoituksia. Tässä tapauksessa funktorin käyttäminen taulukon alustamiseen viittauksella tarjoaa ainutlaatuisen ratkaisun. Tämä menetelmä, vaikka se onkin epätavallinen, tarjoaa kehittäjille tarkan hallinnan objektien muodostukseen, erityisesti työskenneltäessä mukautettujen tyyppien kanssa, jotka vaativat argumentteja alustuksen aikana. On erittäin tärkeää ymmärtää siihen liittyvä elinkaaren hallinta, koska taulukon käyttäminen käynnistyksen aikana voi johtaa määrittelemättömään toimintaan, jos se tehdään väärin.

Rarvoviittausten tulo C++17:ssä lisäsi joustavuutta suurten tietorakenteiden alustamisessa, mikä teki ehdotetusta tekniikasta vieläkin realistisemman. Kun työskentelet valtavien taulukoiden kanssa, rvalue-semantiikka sallii tilapäisten objektien siirtämisen kopioimisen sijaan, mikä lisää tehokkuutta. Aiemmissa C++-standardeissa vaadittiin kuitenkin huolellista muistin käsittelyä, jotta vältytään ongelmien, kuten kaksoisrakentamisen ja tahattomien muistin päällekirjoitusten, välttämiseksi. Uuden sijoittamisen käyttö tarjoaa hienorakeisen hallinnan, mutta se asettaa manuaalisen tuhoamisen taakan kehittäjälle.

Toinen olennainen tekijä, joka on otettava huomioon alustattaessa matriiseja funktioiden kanssa, on optimointimahdollisuus. Kaappaamalla taulukon viitteellä vältämme tarpeettomat kopiot, mikä vähentää muistin tilaa. Tämä menetelmä kasvaa hyvin myös suurten tietojoukkojen kanssa, toisin kuin muut tekniikat, kuten std::index_sequence, joilla on mallin ilmentämisrajoituksia. Nämä parannukset tekevät funktionaalisesta lähestymistavasta houkuttelevan muiden kuin oletusarvoisesti rakennettavien tyyppien käsittelyssä tavalla, joka yhdistää muistin tehokkuuden ja monimutkaisuuden.