C ++ 11'de COW std :: string uygulamasının yasallığı

Anladığım kadarıyla, yazma üzerine kopyalamanın std::stringC ++ 11'de bir uyumu uygulamak için uygun bir yol olmadığını anladım, ancak son zamanlarda tartışmada ortaya çıktığında kendimi bu ifadeyi doğrudan destekleyemiyor buldum.

C ++ 11'in COW tabanlı uygulamalarını kabul etmediğini doğru muyum std::string?

Eğer öyleyse, bu kısıtlama yeni standartta (nerede) açıkça belirtilmiş mi?

Veya bu kısıtlama, std::stringCOW tabanlı bir uygulamayı engelleyen yeni gereksinimlerin birleşik etkisi olması anlamında ima ediliyor mu std::string? Bu durumda, 'C ++ 11'in COW tabanlı std::stringuygulamaları etkin bir şekilde yasaklayan' bir bölüm ve ayet tarzı türetilmesi ile ilgileneceğim .

Buna izin verilmez, çünkü standart 21.4.1 p6 uyarınca, yineleyicilerin / referansların geçersiz kılınmasına yalnızca

- sabit olmayan temel_dize'yi bağımsız değişken olarak alan herhangi bir standart kitaplık işlevine bağımsız değişken olarak.

- [] operatörü, at, front, back, begin, rbegin, end ve rend dışında const olmayan üye işlevleri çağırma.

Bir COW dizesi için, const olmayanın çağrılması operator[], yukarıdaki paragrafta izin verilmeyen bir kopya oluşturmayı (ve başvuruları geçersiz kılmayı) gerektirir. Bu nedenle, C ++ 11'de bir COW dizesine sahip olmak artık yasal değildir.

Tarafından cevaplar Dave S ve gbjbaanb olan doğru . (Ve Luc Danton da haklıdır, ancak bu onu yasaklayan orijinal kuraldan ziyade COW dizgilerini yasaklamanın bir yan etkisidir.)

Ancak bazı karışıklıkları gidermek için biraz daha açıklama ekleyeceğim. Çeşitli yorumlar , aşağıdaki örneği veren GCC bugzilla hakkındaki bir yorumuma bağlantı veriyor:

std::string s("str");
const char* p = s.data();
{
    std::string s2(s);
    (void) s[0];
}
std::cout << *p << '\n';  // p is dangling

Bu örneğin amacı, GCC'nin sayılan referans (COW) dizesinin C ++ 11'de neden geçerli olmadığını göstermektir. C ++ 11 standardı bu kodun düzgün çalışmasını gerektirir. Koddaki hiçbir şey pC ++ 11'de geçersiz kılınmasına izin vermez.

GCC eski referans sayılan kullanılarak std::stringuygulanması, bu kod, çünkü tanımsız davranışa sahip p olan sallantýdabir işaretçi haline geçersiz. ( s2Oluşturulduğunda veriyi paylaşır s, ancak const olmayan bir referans almak s[0], verilerin paylaşımının kaldırılmasını gerektirir, saynı zamanda "yazma sırasında bir kopya" s[0]da potansiyel olarak üzerine yazmak için kullanılabilir s, sonra s2gider kapsam dışı, ile gösterilen diziyi yok ederek p).

C ++ 03 standardı , 21.3 [lib.basic.string] p5'teki bu davranışadata() , ilk çağrının ardından gelen operator[]()işaretçileri, referansları ve yineleyicileri geçersiz kılabileceğini söyleyen bu davranışa açıkça izin verir . Dolayısıyla GCC'nin COW dizesi geçerli bir C ++ 03 uygulamasıydı.

C ++ 11 standardı artık bu davranışa izin vermez , çünkü hiçbir çağrı operator[](), bir çağrıyı takip edip etmediklerinden bağımsız olarak işaretçileri, referansları veya yineleyicileri geçersiz kılamaz data().

Yukarıdaki örnekte Yani mutlaka C ++ 11 iş ama değil ile çalışma libstdc ++ 'ın tür İNEK dize, inek dizesinin tür 11 C ++ izin verilmez nedenle o.

CoW, daha hızlı diziler yapmak için kabul edilebilir bir mekanizmadır ... ama ...

çoklu iş parçacığı kodlamayı daha yavaş hale getirir (tek yazmanın siz olup olmadığınızı kontrol etmek için tüm bu kilitleme, çok sayıda dizge kullanırken performansı düşürür). CoW'un yıllar önce öldürülmesinin ana nedeni buydu.

Diğer nedenler, []başka birinin değişmemesini beklediği bir dizenin üzerine yazmanız için herhangi bir koruma olmadan , operatörün size dize verilerini döndürmesidir. Aynısı c_str()ve için de geçerlidir data().

Hızlı google, çoklu okumanın temelde etkin bir şekilde izin verilmemesinin nedeni olduğunu söylüyor (açıkça değil).

Teklif şöyle diyor:

öneri

Tüm yineleyici ve öğe erişim işlemlerini aynı anda güvenli bir şekilde yürütülebilir hale getirmeyi öneriyoruz.

Sıralı kodda bile işlemlerin kararlılığını artırıyoruz.

Bu değişiklik, yazma üzerine kopyalama uygulamalarına etkin bir şekilde izin vermez.

bunu takiben

Yazma üzerine kopyalama uygulamalarından uzaklaşmadan kaynaklanan en büyük potansiyel performans kaybı, çok büyük çoğunlukla okuma dizelerine sahip uygulamalar için artan bellek tüketimidir. Ancak, bu uygulamalar için halatların daha iyi bir teknik çözüm olduğuna inanıyoruz ve Kütüphane TR2'ye dahil edilmek üzere bir halat önerisinin dikkate alınmasını tavsiye ediyoruz.

Halatlar , STLPort ve SGIs STL'nin bir parçasıdır.

21.4.2 temel_string oluşturucularından ve atama işleçlerinden [string.cons]

basic_string(const basic_string<charT,traits,Allocator>& str);

[...]

2 Etkiler : basic_stringTablo 64'te belirtildiği gibi bir sınıf nesnesi oluşturur. [...]

Tablo 64, bu (kopya) kurucu aracılığıyla bir nesnenin inşasından sonra değerinin olduğunu yararlı bir şekilde belgelemektedir this->data():

str.data () ile ilk elemanı gösterilen dizinin ayrılmış bir kopyasının ilk elemanını gösterir

Diğer benzer yapıcılar için de benzer gereksinimler vardır.

Artık dizelerin bitişik olarak depolanması garanti edildiğinden ve artık bir dizenin dahili depolamasına bir işaretçi almanıza izin verildiğinden (yani & str [0] bir dizi için olduğu gibi çalışır), kullanışlı bir COW yapmak mümkün değildir uygulanması. Çok fazla şey için bir kopya yapmanız gerekir. Sadece operator[]veya begin()const olmayan bir dizede kullanmak bile bir kopya gerektirir.

COW basic_string, C ++ 11 ve sonrasında yasaklanmış mıdır ?

ilişkin

” C ++ 11'in COW tabanlı uygulamalarını kabul etmediğini doğru muyum std::string?

Evet.

ilişkin

” Eğer öyleyse, bu kısıtlama yeni standartta (nerede) açıkça belirtilmiş mi?

Neredeyse doğrudan,bir COW uygulamasında dizi verilerininO ( n ) fiziksel olarak kopyalanmasınıgerektiren bir dizi işlem için sürekli karmaşıklık gereksinimleri nedeniyle.

Örneğin, üye işlevleri için

auto operator[](size_type pos) const -> const_reference;
auto operator[](size_type pos) -> reference;

… Bir COW uygulamasında, her ikisi de dize değerini paylaşmamak için dize verilerinin kopyalanmasını tetikler, C ++ 11 standardı

" Karmaşıklık: sabit zaman.

… Bu tür veri kopyalamayı ve dolayısıyla COW'u dışlayan.

C ++ 03 tarafından İNEK uygulamaları desteklenen değil bu sabit karmaşıklık gereksinimlerini sahip ve belirli kısıtlayıcı koşullar altında, tarafından çağrıları izin operator[](), at(), begin(), rbegin(), end(), veya rend(), yani dize öğelere atıfta invalidate referanslar, işaretçiler ve yineleyiciler için muhtemelen tabi a COW verileri kopyalanıyor. Bu destek C ++ 11'de kaldırılmıştır.

COW, C ++ 11 geçersiz kılma kuralları aracılığıyla da yasaklanmış mı?

Yazılırken çözüm olarak seçilen ve büyük ölçüde olumlu oy alan ve bu nedenle görünüşe göre inanılan başka bir cevapta,

” Bir COW dizisi için, non const operator[]- çağrılması, bir kopya oluşturmayı (ve referansları geçersiz kılma) gerektirir; bu, yukarıdaki [C ++ 11 §21.4.1 / 6] paragrafında izin verilmeyen [alıntı]. Bu nedenle, C ++ 11'de bir COW dizesine sahip olmak artık yasal değildir.

Bu iddia iki ana yönden yanlış ve yanıltıcıdır:

• Yanlış bir şekilde, yalnızca constöğe olmayan erişimcilerin bir COW veri kopyalamayı tetiklemesi gerektiğini belirtir .
  Ancak, constöğe erişimcilerinin de veri kopyalamayı tetiklemesi gerekir, çünkü istemci kodunun (C ++ 11'de) COW veri kopyalamayı tetikleyebilecek işlemler yoluyla daha sonra geçersiz kılmalarına izin verilmeyen referanslar veya işaretçiler oluşturmasına izin verirler.
• Yanlış bir şekilde COW veri kopyalamanın referansın geçersiz kılınmasına neden olabileceğini varsayar.
  Ancak doğru bir uygulamada, COW veri kopyalama, dize değerinin paylaşılmasının kaldırılması, geçersiz kılınabilecek herhangi bir referansın olmadığı bir noktada yapılır.

Doğru bir C ++ 11 COW uygulamasının basic_stringnasıl çalışacağını görmek için, bunu geçersiz kılan O (1) gereksinimleri göz ardı edildiğinde, bir dizenin sahiplik ilkeleri arasında geçiş yapabileceği bir uygulama düşünün. Bir dize örneği, Politika Paylaşılabilir ile başlar. Bu politika etkinken harici öğe referansı olamaz. Örnek Benzersiz ilkeye geçiş yapabilir ve bir çağrıda olduğu gibi potansiyel olarak bir öğe başvurusu oluşturulduğunda .c_str()(en azından bu dahili arabelleğe bir işaretçi üretiyorsa) bunu yapması gerekir. Değerin sahipliğini paylaşan birden çok örnek olması durumunda, bu, dize verilerinin kopyalanmasını gerektirir. Bu Benzersiz politikaya geçişten sonra örnek, yalnızca atama gibi tüm referansları geçersiz kılan bir işlemle Paylaşılabilir'e geri dönebilir.

Dolayısıyla, cevabın COW dizgilerinin dışlandığı sonucu doğru olsa da, sunulan mantık yanlış ve kesinlikle yanıltıcıdır.

Bu yanlış anlaşılmanın nedeninin C ++ 11'in ek C'deki normatif olmayan bir not olduğundan şüpheleniyorum:

Değişiklik : basic_stringgereksinimler artık referans sayılan dizelere izin vermiyor.
Gerekçe: Geçersiz kılma, referans sayılan dizelerle biraz farklıdır. Bu değişiklik, bu Uluslararası Standart için davranışı (sic) düzenler.
Orijinal özellik üzerindeki etki: Geçerli C ++ 2003 kodu, bu Uluslararası Standartta farklı şekilde yürütülebilir

Buradaki mantık , C ++ 03 özel COW desteğini neden kaldırmaya karar verdiğinizi açıklıyor . Bu gerekçe, nedeni , standardın COW uygulamasına nasıl etkin bir şekilde izin vermediği değildir . Standart, O (1) gereksinimleri aracılığıyla COW'a izin vermez.

Kısacası, C ++ 11 geçersiz kılma kuralları COW uygulamasının std::basic_string. Ancak, g ++ 'nın standart kütüphane uygulamalarından en az birinde olduğu gibi, makul derecede verimli, kısıtlanmamış C ++ 03 tarzı bir COW uygulamasını ekarte ederler. Özel C ++ 03 COW desteği const, geçersiz kılma için ince, karmaşık kurallar pahasına, özellikle öğe erişimcileri kullanarak pratik verimliliğe izin verdi :

” Bir basic_stringdizinin öğelerine atıfta bulunan referanslar, işaretçiler ve yineleyiciler , bu basic_stringnesnenin aşağıdaki kullanımları ile geçersiz kılınabilir :
- Üye olmayan işlevlere bir argüman olarak swap()(21.3.7.8), operator>>()(21.3.7.9) ve getline()(21.3. 7.9).
- Bir argüman olarak basic_string::swap().
- Arama data()ve c_str()üye fonksiyonları.
- olmayan çağrılması constdışında, üye işlevlerini operator[](), at(), begin(), rbegin(), end(), ve rend().
- formları dışında Yukarıdaki kullanımların herhangi biri için sonraki insert()ve erase()yineleyici dönüş olmayan ilk çağrı constelemanı fonksiyonları operator[](), at(), begin(), rbegin(),end(), veya rend().

Bu kurallar o kadar karmaşık ve incelikli ki, varsa birçok programcının kesin bir özet verebileceğinden şüpheliyim. Yapamadım.

O (1) gereksinimleri göz ardı edilirse ne olur?

Örneğin, C ++ 11 sabit zaman gereksinimleri operator[]göz ardı edilirse, COW for basic_stringteknik olarak uygulanabilir, ancak uygulaması zor olabilir.

COW veri kopyalamasına maruz kalmadan bir dizinin içeriğine erişebilen işlemler şunları içerir:

• Üzerinden birleştirme +.
• Üzerinden çıktı <<.
• basic_stringStandart kütüphane işlevlerine bağımsız değişken olarak kullanmak .

İkincisi, standart kitaplığın uygulamaya özel bilgi ve yapılara dayanmasına izin verildiği için.

Ek olarak bir uygulama, COW veri kopyalamayı tetiklemeden dizi içeriklerine erişmek için çeşitli standart dışı işlevler sunabilir.

Bir ana komplike faktör 11 C ++ olmasıdır basic_stringöğe erişim zorunluluk tetik veri kopyalama (string verileri un paylaşımı) fakat için gereklidir atmak değil mesela C ++ 11 §21.4.5 / 3, “ atar: . Hiçbir şey”. Ve bu nedenle, COW veri kopyalama için yeni bir arabellek oluşturmak için sıradan dinamik ayırmayı kullanamaz. Bunu aşmanın bir yolu, belleğin gerçekte tahsis edilmeden rezerve edilebildiği özel bir yığın kullanmak ve ardından bir dize değerine her mantıksal referans için gerekli miktarı ayırmaktır. Böyle bir yığında ayırma ve ayırma işlemi sabit zaman olabilir, O (1) ve birinin önceden ayırmış olduğu miktarı tahsis etmek,noexcept. Standardın gerekliliklerine uymak için, bu yaklaşımla, her ayrı ayırıcı için böyle bir özel rezervasyon tabanlı yığın olması gerekeceği görülmektedir.

^{Notlar:
¹ constÖğe erişimcisi, istemci kodunun verilere bir referans veya işaretçi almasına izin verdiği için bir COW verisi kopyalamayı tetikler; bu, örneğin constöğe olmayan erişimci tarafından tetiklenen daha sonraki bir veri kopyalama ile geçersiz kılınmasına izin verilmez .}

Her zaman değişmez inekleri merak ediyordum: İnek bir kez yaratıldığında, yalnızca başka bir ineğin görevlendirmesiyle değiştirilebilirim, dolayısıyla standartla uyumlu olacaktır.

Bugün basit bir karşılaştırma testi için denemeye vaktim oldu: her düğümün haritadaki tüm dizgelerin bir setini tuttuğu, dize / inek tarafından anahtarlanmış N boyutunda bir harita (NxN sayıda nesneye sahibiz).

~ 300 bayt boyutundaki dizelerle ve N = 2000 inekler biraz daha hızlıdır ve neredeyse büyük ölçüde daha az bellek kullanır. Aşağıya bakın, boyutlar kbs cinsindendir, b cinsi inekler içindir.

~/icow$ ./tst 2000
preparation a
run
done a: time-delta=6 mem-delta=1563276
preparation b
run
done a: time-delta=3 mem-delta=186384