Библиотека программиста

Все, что необходимо начинающему и опытному программисту

77. Вместо массивов используйте vector и string

Резюме

Избегайте реализации абстракции массива посредством массивов в стиле С, арифметики указателей и примитивов управления памятью. Использование vector или string не только сделает проще вашу жизнь, но и позволит написать более безопасную и масштабируемую программу.

Обсуждение

Сегодня едва ли не основными вопросами при написании программного обеспечения являются вопросы безопасности и переполнения буфера. Ограничения, связанные с фиксированным размером массивов, доставляют немало беспокойства, даже если приложению удается остаться в рамках корректности. Все эти проблемы связаны с использованием старых средств С, таких как встроенные массивы, указатели и их арифметика, а также управление памятью вручную вместо таких высокоуровневых концепций, как буферы, векторы и строки.

Вот некоторые из причин, по которым массивам в стиле С следует предпочесть стандартные средства C++.

• Они автоматически управляют собственной памятью. Больше не требуется никаких фиксированных буферов с размером "большим, чем любая разумная длина" ("бомба с часовым механизмом" — вот как правильно прочесть это определение), или сплошных перераспределений памяти при помощи realloc и соответствующих обновлений указателей.

• У них богатый интерфейс. Вы легко и выразительно можете реализовать сложную функциональность.

• Они совместимы с моделью памяти в С. vector и string::c_str могут быть переданы функциям API на языке С. В частности, в C++ vector служит "переходником" к С и другим языкам программирования (см. рекомендации 76 и 78).

• Они обеспечивают расширенные возможности проверки. Стандартные средства позволяют реализовать (в отладочном режиме) итераторы и операторы индексирования, которые способны выявить большой класс ошибок памяти. Многие из современных реализаций стандартной библиотеки предоставляют такие отладочные возможности — воспользуйтесь ими! (См. рекомендацию 83.)

• Они практически не снижают эффективность ваших программ. В классах vector и string при выборе между эффективностью и безопасностью решение принимается в пользу эффективности (естественно, не в отладочном режиме). Тем не менее, стандартные средства оказываются гораздо лучшей платформой для создания безопасных компонентов, чем обычные массивы и указатели.

• Они стимулируют оптимизацию. Современные реализации стандартной библиотеки включают оптимизации, о которых многие из нас просто никогда бы и не подумали.

Применение массива может быть оправданно, когда его размер фиксирован на стадии компиляции (например, float[3] для трехмерной точки; переход к четвертому измерению все равно потребует перепроектирования программы).

78. Используйте vector (и string::c_str) для обмена данными с API на других языках

Резюме

vector и string::c_str служат шлюзом для сообщения с API на других языках. Однако не полагайтесь на то, что итераторы являются указателями; для получения адреса элемента, на который ссылается vector<T>::iterator iter, используйте выражение &*iter.

Обсуждение

vector (в первую очередь) и string::c_str и string::data (во вторую) представляют собой наилучшие способы обмена данными с API на других языках вообще и с библиотеками на С в частности.

Данные vector всегда хранятся последовательно, так что получение адреса первого элемента вектора дает указатель на его содержимое. Используйте &*v.begin(), &v[0] или &v.front() для получения указателя на первый элемент v. Для получения указателя на n-й элемент вектора лучше сначала провести арифметические вычисления, а затем получить адрес (например, &v.begin()[n] или &v[n]) вместо получения указателя на начало данных с последующим применением арифметики указателей (например, (&v.front)[n]()). Это связано с тем, что в первом случае в отладочной реализации выполняется проверка на доступ к элементу за пределами v (см. рекомендацию 83).

Нельзя полагаться на то, что v.begin() возвращает указатель на первый элемент или, в общем случае, что итераторы вектора являются указателями. Хотя некоторые реализации STL определяют vector<T>::iterator как обычный указатель T*, итераторы могут быть (и все чаще так оно и есть) полноценными типами (еще раз см. рекомендацию 83).

Хотя в большинстве реализаций для string также используется непрерывный блок памяти, это не гарантируется стандартом, так что никогда не используйте адрес символа в строке, считая его указателем на все содержимое строки. Хорошая новость заключается в том, что функция string::c_str всегда возвращает строку в стиле С с завершающим нулевым символом (string::data также возвращает указатель на непрерывный блок памяти, но не гарантирует наличия завершающего нулевого символа).

Когда вы передаете указатель на данные объекта v типа vector, код на языке С может как читать, так и записывать элементы v; однако он не должен выходить за границы данных. Хорошо продуманный API на языке С должен получать наряду с указателем либо максимальное количество объектов (до v.size()), либо указатель на элемент, следующий за последним (&*v.begin()+v.size()).

Если у вас есть контейнер объектов типа T, отличный от vector или string, и вы хотите передать его содержимое (или заполнить его) функции API на другом языке программирования, которая ожидает указатель на массив объектов типа Т, скопируйте содержимое контейнера в (или из) vector<T>, который может непосредственно сообщаться с такими функциями.

79. Храните в контейнерах только значения или интеллектуальные указатели

Резюме

Храните к контейнерах объекты-значения. Контейнеры полагают, что их содержимое имеет тип значения, включая непосредственно хранящиеся значения, интеллектуальные указатели и итераторы.

Обсуждение

Наиболее распространенное использование контейнеров— для непосредственного хранения значений (например, vector<int>, set<string>). В случае контейнеров указателей, если контейнер владеет объектами, на которые указывает, то лучше использовать контейнер интеллектуальных указателей со счетчиком ссылок (например, list<shared_ptr<Widget> >); в противном случае можно выбрать контейнер обычных указателей (например, list<Widget*>) или иных значений, подобных указателям — таких как итераторы (например, list<vector<Widget>::iterators).

Примеры

Пример 1. auto_ptr. Объекты auto_ptr<T> не являются объектами-значениями из-за своей семантики передачи владения при копировании. Использование контейнера объектов auto_ptr (например, vector<auto_ptr<int> >) должно привести к ошибке компиляции. Но даже в случае успешной компиляции никогда не пишите такой код — вместо этого вам следует использовать контейнер интеллектуальных указателей shared_ptr.

Пример 2. Гетерогенные контейнеры. Для того чтобы получить контейнер, хранящий и владеющий объектами различных, но связанных типов, например, типов, производных от общего базового класса, лучше использовать container<shared_ptr<Base> >. Альтернативой является хранение прокси-объектов, невиртуальные функции которых передают вызовы соответствующим виртуальным функциям реальных объектов.

Пример 3. Контейнеры типов, не являющихся значениями. Для того чтобы хранить объекты, несмотря на невозможность их копирования или другое их поведение, делающее их типами, не являющимися значениями (например, DatabaseLock или TcpConnection), их следует хранить опосредованно, с использованием интеллектуальных указателей (например, container<shared_ptr<DatabaseLock> > или container<shared_ptr<TcpConnection> >).

Пример 4. Необязательные значения. Если вам нужен контейнер map<Thing, Widget>, но некоторые Thing не имеют связанных с ними объектов Widget, можно использовать map<Thing,shared_ptr<Widget> >.

Пример 5. Индексные контейнеры. Если вам нужен контейнер, хранящий объекты, и доступ к ним с использованием разных видов упорядочения без пересортировки основного контейнера, вы можете воспользоваться вторичным контейнером, который "указывает в" основной контейнер, и отсортировать его различными способами с применением предикатов сравнения с разыменованием. Однако вместо контейнера указателей лучше использовать контейнер объектов типа Maincontainer::iterator (которые являются значениями).

<< Назад         В начало         Далее >>

Библиотека программиста. 2009.
Администратор: admin@programmer-lib.ru