Teisiniai svarstymai, susiję su masyvo inicijavimu funktoriumi ir masyvo paėmimu pagal nuorodą C++

Funkcijomis pagrįsto masyvo inicijavimo supratimas C++

C++ kalboje gali būti sunku inicijuoti masyvus, ypač turinčius nenumatytuosius konstruojamus tipus. Tai ypač aktualu, kai reikia sukurti sudėtingus duomenų tipus be numatytųjų konstruktorių. Vienas patrauklių būdų yra naudoti funkcorius, kad tokie masyvai būtų pradėti naudojant patį masyvą kaip nuorodą.

Siekiama naudoti lambda funkciją kaip funkcinį veiksnį, kad būtų galima sąveikauti su inicijuojamu masyvu. Masyvo elementai sukuriami dedant papildomus elementus, suteikiant daugiau laisvės dirbant su sudėtingais ar dideliais duomenų rinkiniais. Atrodo, kad šis metodas tinkamai veikia su naujausiais C++ kompiliatoriais, nors jo teisėtumas pagal C++ standartą yra neaiškus.

Labai svarbu įvertinti prieigos prie masyvo sudėtingumą tokiu būdu ir tai, ar šis sprendimas atitinka kalbos taisykles, taikomas objektų eksploatavimo trukmei ir atminties valdymui. Susirūpinimas dėl galbūt neapibrėžto elgesio ar standartinių pažeidimų kyla dėl to, kad masyvas pateikiamas pagal nuorodą jo inicijavimo metu.

Šiame rašinyje bus tiriamas šios technikos teisėtumas ir jos svarba, ypač atsižvelgiant į besikeičiančius C++ standartus. Taip pat palyginsime jį su kitais būdais, pabrėždami praktinę naudą ir galimus trūkumus.

Masyvo inicijavimo su C++ funkcijomis tyrimas

Ankstesni scenarijai naudoja funkcionorių, kad inicijuotų nenumatytąjį konstruojamą masyvą C++. Šis metodas yra ypač patogus, kai reikia sukurti sudėtingus tipus, kurių negalima inicijuoti be tam tikrų argumentų. Pirmajame scenarijuje lambda funkcija naudojama Int klasės egzemplioriams sukurti, o talpinimas naujas naudojamas masyvo nariams inicijuoti iš anksto paskirstytoje atmintyje. Tai leidžia kūrėjams išvengti numatytųjų konstruktorių naudojimo, o tai svarbu dirbant su tipais, kuriems inicijavimo metu reikia parametrų.

Viena iš svarbiausių šio požiūrio dalių yra naujos vietos išdėstymo, pažangios C++ funkcijos, leidžiančios žmogui kontroliuoti objektų išdėstymą atmintyje, naudojimas. Naudojant arr.data(), gaunamas masyvo vidinio buferio adresas, o objektai statomi tiesiai į atminties adresus. Ši strategija užtikrina efektyvų atminties valdymą, ypač dirbant su didžiuliais masyvais. Tačiau reikia būti atsargiems, kad būtų išvengta atminties nutekėjimo, nes, jei naudojamas naujas, objektą reikia sunaikinti rankiniu būdu.

Lambda funkcija sugauna ir masyvą, ir generatorių pagal nuorodą (&arr, &gen), leisdama funkcijai pakeisti masyvą tiesiogiai inicijuojant. Šis metodas yra labai svarbus dirbant su dideliais duomenų rinkiniais, nes jis pašalina didelių struktūrų kopijavimo išlaidas. Ciklas lambda funkcijoje kartojasi visame masyve ir sukuria naujus Int objektus su generatoriaus funkcija. Taip užtikrinama, kad kiekvienas masyvo elementas būtų tinkamai inicijuotas pagal indeksą, todėl metodą galima pritaikyti įvairių tipų masyvams.

Vienas iš labiausiai intriguojančių siūlomo metodo aspektų yra jo galimas suderinamumas su įvairiomis C++ versijomis, ypač C++14 ir C++17. Nors C++17 pridėjo rvalue semantiką, kuri galėtų pagerinti šio sprendimo efektyvumą, naudojant naujas ir tiesioginės atminties prieigos metodus jis gali būti tinkamas net senesniuose C++ standartuose. Tačiau kūrėjai turi užtikrinti, kad jie nuodugniai suvoktų šio metodo pasekmes, nes prastas atminties valdymas gali sukelti neapibrėžtą elgesį arba atminties sugadinimą. Šis metodas yra naudingas, kai kiti sprendimai, tokie kaip std::index_sequence, nepavyksta dėl įgyvendinimo apribojimų.

#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';
}

Išplėstiniai masyvo inicijavimo naudojant funkcinius aspektai

C++ kalboje vienas iš sudėtingesnių didelių masyvų inicijavimo su nenumatytaisiais konstruojamais tipais elementų yra užtikrinti efektyvų atminties valdymą laikantis kalbos objekto naudojimo trukmės apribojimų. Šiuo atveju, naudojant funktorių inicijuojant masyvą pagal nuorodą, yra unikalus sprendimas. Šis metodas, nors ir netradicinis, leidžia kūrėjams tiksliai valdyti objektų formavimą, ypač dirbant su pasirinktiniais tipais, kuriems inicijuojant reikia argumentų. Labai svarbu suprasti visą eksploatavimo laiką, nes prieiga prie masyvo jo paleidimo metu gali sukelti neapibrėžtą elgesį, jei tai bus padaryta neteisingai.

Rvalue nuorodų atsiradimas C++17 padidino lankstumą inicijuojant dideles duomenų struktūras, todėl siūloma technika tapo dar tikroviškesnė. Dirbant su didžiuliais masyvais, rvalue semantika leidžia laikinus objektus perkelti, o ne kopijuoti, didinant efektyvumą. Tačiau ankstesniuose C++ standartuose reikėjo atidžiai tvarkyti atmintį, kad būtų išvengta tokių problemų kaip dviguba konstrukcija ir netyčinis atminties perrašymas. Naudojant naują vietą, galima tiksliai valdyti, tačiau kūrėjui tenka rankinio sunaikinimo našta.

Kitas svarbus veiksnys, į kurį reikia atsižvelgti inicijuojant masyvus su funkcijomis, yra optimizavimo galimybė. Užfiksuodami masyvą pagal nuorodą, išvengiame nereikalingų kopijų ir sumažiname atminties plotą. Šis metodas taip pat puikiai tinka dideliems duomenų rinkiniams, skirtingai nuo kitų metodų, pvz., std::index_sequence, kurioms taikomi šablonų modeliavimo apribojimai. Dėl šių patobulinimų funkcijomis pagrįstas metodas yra patrauklus tvarkant nenumatytuosius konstruojamus tipus taip, kad atminties efektyvumas derinamas su sudėtingumu.