Эффективное использование C++. 55 верных способов улучшить структуру и код ваших программ

BigMatrix m1, m2, m3, m4, m5; // создать матрицы

... // и присвоить им значения

BigMatrix result = m1 * m2 * m3 * m4 * m5; // вычислить произведение

Вычисление result «нормальным» способом приводит к созданию четырех временных матриц, по одной для каждого вызова operator*. Более того, независимые операции умножения порождают последовательность из четырех циклов по элементам матрицы. Но применение передовой шаблонной технологии, тесно связанной с TMP и получившей название шаблоны выражений (expression templates), позволяет избежать создания временных объектов и объединить циклы, причем все это без изменения приведенного выше пользовательского кода. В результате программа требует меньше памяти и выполняется значительно быстрее.

• Генерация специализированных реализаций паттернов проектирования. Паттерны проектирования, подобные Strategy (см. правило 35), Observer, Visitor и т. п., могут быть реализованы многими способами. Используя основанную на TMP технологию, называемую проектирование на основе политик (policy-based design), можно создавать шаблоны, представляющие независимые проектные решения («политики»), которые могут быть соответствующим образом скомбинированы для порождения реализаций паттернов с заданным поведением. Например, эта техника применялась для того, чтобы из нескольких шаблонов, реализующих различное поведение «интеллектуальных» указателей, породить (во время компиляции) любой из сотен разных типов «интеллектуальных» указателей. В результате обобщения, выходящего за рамки привычных программных конструкций, к примеру паттернов проектирования и «интеллектуальных» указателей, эта технология ложится в основу так называемого порождающего программирования (generative programming).

Технология TMP предназначена не для всех. Применяемый в ней синтаксис интуитивно не очевиден, а поддерживающий инструментарий не развит. (Отладчики для шаблонных метапрограмм? Ну насмешили, право!) Поскольку это вспомогательный язык, открытый сравнительно недавно, то применяемые в нем соглашения носят пока экспериментальный характер. Тем не менее повышение эффективности за счет переноса части со стадии исполнения на стадию компиляции может оказаться значительным, а возможность выразить поведение, которое трудно или невозможно реализовать во время исполнения, также весьма привлекательно.

Поддержка TMP растет. Вероятно, в следующей версии C++ будет реализована явная поддержка этой технологии, в TR1 это уже декларировано (см. правило 54). Начали появляться книги, посвященные этой теме, а информация о TMP в Internet становится все богаче. Видимо, TMP никогда не станет главным направлением развития, но для некоторых программистов (особенно разработчиков библиотек) она почти наверняка займет важное место.

Что следует помнить

• Метапрограммирование шаблонов позволяет перенести часть работы со стадии исполнения на стадию компиляции. За счет этого можно раньше обнаружить ошибки и повысить производительность программ.

• Технология TMP может быть использована для генерации кода на основе комбинации политик, а также чтобы предотвратить генерацию кода, некорректного для определенных типов данных.

Глава 8 Настройка new и delete

В наши дни, когда вычислительные среды снабжены встроенной поддержкой «сборки мусора» (как, например, Java и. NET), ручной подход C++ к управлению памятью может показаться несколько устаревшим. Однако многие разработчики, создающие требовательные к ресурсам прикладные программы, выбирают C++ именно потому, что он позволяет управлять памятью вручную. Такие разработчики изучают, как используется память в их программах, и разрабатывают собственные процедуры распределения и освобождения памяти с целью достичь максимально возможной производительности (с точки зрения как времени, так и потребления памяти) своих систем.

Для этого нужно понимать, как организованы процедуры управления памятью в C++. Именно этой теме и посвящена настоящая глава. Два основных компонента здесь – это процедура выделения и освобождения памяти (операторы new и delete), а вспомогательная роль отводится обработчику new – функции, которая вызывается, когда new не может удовлетворить запрос на выделение памяти.