5

Доброго времени суток!

В процессе размышлений над новыми возможностями привнесенными в стандарт языка С++, в частности rvalue-ссылками у меня возник вот какой вопрос. Насколько я понял, rvalue-ссылки позволяют оптимизировать возвращаемое значение, т.е. вместо копирования памяти происходит перемещение объекта в памяти (из одной области в другую). До нового стандарта, насколько мне известно, данная проблема решалась через expression templates, означает ли что применяя rvalue-ссылки можно забыть об expression templates? Или я что-то неверно понимаю?

UPDATE: Уточню вопрос. Предположим у нас есть класс вида:

namespace math {
template<typename T>
class vector
{
public:
   vector() : mptr(0), msize(0) {
   }
   vector(size_t n) : msize(n) {
        mptr = new T[n];
   }
   vector(const vector& other) : msize(other.msize) {
        if (mptr) delete[] m_ptr;
        if (msize == 0) {
            mptr = 0;
        } else {
            mptr = new T[msize];
            std::copy(other.mptr, other.mptr + msize, m_ptr);
        }
   }
   ~vector() {
       if (mptr)
          delete[] mptr;
   }

   vector& operator=(const vector& other) {
            msize = other.msize;
        if (mptr) delete[] m_ptr;
        if (msize == 0) {
            mptr = 0;
        } else {
            mptr = new T[msize];
            std::copy(other.mptr, other.mptr + msize, m_ptr);
        }
   }
   vector& operator+=(const vector& x) {
        assert(x.size() == msize)
        std::transform(x.m_ptr, x.mptr+msize, mptr, std::plus<T>());
   }
   vector& operator-=(const vector& x) {
        assert(x.size() == msize)
        std::transform(x.m_ptr, x.mptr+msize, mptr, std::plus<T>());
   }
   // ... и так далее
private:
   T* mptr;
   size_t msize;
};
} // end namespace math

Теперь предположим мы хотим перегрузить бинарные операторы (+,-, и т.д.) :

template<typename T>
vector<T> operator+ (const vector<T>& x, const vector<T>& y)
{
    vector<T> res(x); // временная переменная - копия x
    res += y; // складываем x+y
    return res; // возвращаем результат
}

Теперь мы воспользуемся нашим классом:

math::vector<double> a(1 << 18);
math::vector<double> b(1 << 18);
math::vector<double> c(1 << 18);
math::vector<double> d(1 << 18);

math::vector<double> r = a * b - c + d;

При выполнении этого кода будет создано как минимум 3 временных массива размера 2^18, в каждом операторе, которых можно избежать. Собственно это будет приводить к снижению производительности. Раньше это обходилось с помощью expression templates, которые разворачивали выражение a * b - c + d в один цикл следующим образом:

math::vector<double> r(n); for (size_t i = 0; i < n; i++) r[i] = a[i]* b[i] - c[i] + d[i];

В новом С++11 мы добавим к нашему классу конструктор перемещения и оператор перемещения (если я их правильно назвал), и объявление нашего класса поменяется следующим образом:

namespace math {
    template<typename T>
    class vector
    {
    public:
       vector();
       vector(size_t n);
       vector(const vector&);
       // Перемещающий кострктор
       vector(const vector&& other);
       vector& operator=(const vector&);
       // Перемещающий оператор присваивания
       vector& operator=(const vector&&);
       // ...
    };
 }

Значит ли это, что теперь мы избавлены от копий и можем забыть про expression templates? Не об этом ли речь в http://www.artima.com/cppsource/rvalue.html в разделе 'Eliminating spurious copies'?

P.S. Код писал без проверки - только чтобы показать идеи, так что за ошибки не пинайте :)

Заранее спасибо за ответы!

1 ответ 1

5

Хм. Насколько я понимаю, смысл rvalue-ссылок в том, что перемещения данных не происходит. То есть, данные, которыми пользовался объект, можно «присвоить» себе без копирования, т. к. объект всё равно собирается исчезнуть.

Статья по теме rvalue references: http://www.artima.com/cppsource/rvalue.html (Бьярн среди авторов).


Обновление:

Я не встречался с expression template'ами раньше. Если они и правда делают то, о чём вы говорите, то rvalue references слабее, и не являются адекватной заменой.

Смотрите. Если у вас есть код

math::vector<double> r = a * b - c * d + e;

(я специально сделал умножение из сложения) и нужные move-конструкторы, что произойдёт? Этот код будет проинтерпретирован как

math::vector<double>&& tmp1 = a * b;
math::vector<double>&& tmp2 = c * d;
math::vector<double>&& tmp3 = tmp1 - tmp2;
math::vector<double> r = tmp3 + e;

Будет вызван дважды operator * (const math::vector& l, const math::vector& r), который обязан выделять новую память, т. к. не может отобрать её у операндов. Затем будет вызван operator - (const math::vector& l, const math::vector& r), который так же не сможет отобрать память у операндов. Далее, будет вызван operator + (const math::vector& l, const math::vector& r) с той же проблемой. Финальное присваивание обычно убирается оптимизатором (RVO). Move-конструкторы вовсе не вступают в игру, за исключением может быть того, что они подменяют RVO.

Что могла бы здесь улучшить move-семантика? С умножениями ничего улучшить нельзя: им по факту неоткуда брать память, придётся выделять новую всё равно. С вычитанием немного лучше: если вы определите перегрузку operator -, принимающую rvalue ref как первый аргумент, то вы сможете отобрать у него память. Для симметрии вам нужно будет сделать ещё одну перегрузку, принимающую rvalue ref как второй аргумент. И судя по всему ещё одну с двумя rvalue ref-аргументами, иначе компилятор не сможет выбрать между предыдущими двумя, если оба аргумента — rvalue ref. То же касается и сложения.

Обратите внимание, что вам нужен достаточно серьёзный дубляж кода: все операторы должны быть объявлены по 3, а то и 4 раза.

Таким образом, мы имеем два выделения памяти и два отбора памяти у rvalue-объектов. Это лучше, чем без move-семантики, но expression templates, как вы их описали, ещё лучше: там лишнее выделение памяти вовсе не требуется.

Вывод: нет, rvalue reference'ы всё ещё не панацея.

8
  • именно так, присвоение памяти без копирования)
    – Arkady
    1 дек 2014 в 11:39
  • Я обновил вопрос. Взгляните если не лень)) 1 дек 2014 в 17:41
  • @progzdeveloper: Обновил ответ.
    – VladD
    1 дек 2014 в 19:16
  • А компилятор не сможет определить, что переменные больше не используются и воспользоваться ими как rvalue-ссылками? А ещё я понятия не имею, как создать expression template...
    – Qwertiy
    14 янв 2017 в 20:35
  • @Qwertiy: Ну, это если переменные и правда больше не используются, раз. И если он такой умный, что сможет доказать, что деструктор равносилен move-перемещению в другой объект, два, и его можно выполнять не в конце блока, а внутри выражения, не меняя видимого поведения программы, три. Так что я ставлю на «нет».
    – VladD
    14 янв 2017 в 20:49

Ваш ответ

By clicking “Отправить ответ”, you agree to our terms of service and acknowledge that you have read and understand our privacy policy and code of conduct.

Всё ещё ищете ответ? Посмотрите другие вопросы с метками или задайте свой вопрос.