Эффективное использование STL

Перечень особенностей распределителей начинается с рудиментарных определений типов для указателей и ссылок. Как упоминалось выше, распределители изначально были задуманы как абстракции для моделей памяти, поэтому казалось вполне логичным возложить на них обеспечение определения типов (typedef) для указателей и ссылок в определяемой модели. В стандарте C++ стандартный распределитель объектов типа T (allocator) предоставляет определения allocator::pointer и allocator::reference, поэтому предполагается, что пользовательские распределители также будут предоставлять эти определения.

Ветераны C++ немедленно почуют неладное, поскольку в C++ не существует средств для имитации ссылок. Для этого пришлось бы перегрузить operator. (оператор «точка»), а это запрещено. Кроме того, объекты, работающие как ссылки, являются примером промежуточных объектов (proxy objects), а использование промежуточных объектов приводит к целому ряду проблем, одна из которых описана в совете 18. Подробное описание промежуточных объектов приведено в совете 30 книги «More Effective C++».

В случае распределителей STL бессмысленность определений типов для указателей и ссылок объясняется не техническими недостатками промежуточных объектов, а следующим фактом: Стандарт разрешает считать, что определение типа pointer любого распределителя является синонимом T*, а определение типа reference — синонимом T&. Да, все верно, разработчики библиотек могут игнорировать определения и использовать указатели и ссылки напрямую! Таким образом, даже если вам удастся написать распределитель с новыми определениями для указателей и ссылок, никакой пользы от этого не будет, поскольку используемая реализация STL запросто сможет эти определения проигнорировать. Интересно, не правда ли?

Пока вы не успели осмыслить этот пример странностей стандартизации, я приведу следующий. Распределители являются объектами, из чего следует, что они могут обладать собственными функциями, вложенными типами и определениями типов (такими как pointer и reference). Однако в соответствии со Стандартом реализация STL может предполагать, что все однотипные объекты распределителей эквивалентны и почти всегда равны. Разумеется, это обстоятельство объяснялось вескими причинами. Рассмотрим следующий фрагмент:

template // Шаблон пользовательского

                     // распределителя памяти

class SpecialAllocator{...};

typedef SpecialAllocator SAW; // SAW = "SpecialAllocator

                                      //for Widgets"

list L1;

list L2;

L1.splice(L1.begin, L2);

Вспомните: при перемещении элементов из одного контейнера listв другой функцией splice данные не копируются. Стоит изменить значения нескольких указателей, и узлы, которые раньше находились в одном списке, оказываются в другом, поэтому операция врезки выполняется быстро и защищена от исключений. В приведенном примере узлы, ранее находившиеся в L2, после вызова splice перемещаются в L1.

Разумеется, при уничтожении контейнера L1 должны быть уничтожены все его узлы (с освобождением занимаемой ими памяти). А поскольку контейнер теперь содержит узлы, ранее входившие в L2, распределитель памяти L1 должен освободить память, ранее выделенную распределителем L2. Становится ясно, почему Стандарт разрешает программистам STL допускать эквивалентность однотипных распределителей. Это сделано для того, чтобы память, выделенная одним объектом-распределителем (таким как L2), могла безопасно освобождаться другим объектом-распределителем (таким как L1). Отсутствие подобного допущения привое бы к значительному усложнению реализации врезки и к снижению ее эффективности (кстати, операции врезки влияют и на другие компоненты STL, один из примеров приведен в совете 4).

Все это, конечно, хорошо, но чем больше размышляешь на эту тему, тем лучше понимаешь, какие жесткие ограничения накладывает предположение об эквивалентности однотипных распределителей. Из него следует, что переносимые объекты распределителей — то есть распределители памяти, правильно работающие в разных реализациях STL, — не могут обладать состоянием. Другими совами, это означает, что переносимые распределители не могут содержать нестатических переменных (по крайней мере таких, которые бы влияли на их работу). В частности, отсюда следует, что вы не сможете создать два распределителя SpecialAllocator, выделяющих память из разных куч (heap). Такие распределители не были бы эквивалентными, и в некоторых реализациях STL попытки использования обоих распределителей привели бы к порче структур данных во время выполнения программы.