С. Мейерс - Эффективный и современный C++ (1114942), страница 59

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 59)

Но непонятно не только поведение заполнителей.Предположим, у нас есть функция для создания сжатых копий Widgetenum class CompLevel { Low, Norma l , High } ; / / Уровень сжатияWidget compress ( const Widget& w,CompLevel levl ;11 Создание сжатой11 копии wи мы хотим создать функциональный объект, который позволяет нам указывать, на­сколько сильно должен быть сжат конкретный объект Widget w. Представленное нижеприменение std : : Ьind создает такой объект:Widget w;using namespace std : : placeholders ;auto compressRateB=std : : Ыnd ( compre s s , w,1) ;Теперь, когда мы передаем w в std : : Ьi nd, он должен храниться для последующего вы­зова compress. Он сохраняется в объекте cornpressRateB, но как именно - по значениюили по ссылке! Это важно, потому что, если w изменяется между вызовами std : : Ьi ndи cornpres s Ra t eB, хранение w по ссылке будет отражать это изменение, в то время каксохранение по значению - нет.Ответ заключается в том, что оно хранится по значению1, но единственный способузнать это - просто запомнить: в вызове std : : Ь i nd нет никаких признаков этого.

Срав­ните этот подход с лямбда-выражением, в котором захват w по значению или по ссылкевыполняется явно:11 Захват w по значению;auto compressRateL/ / l ev передается по значению[w] (CornpLevel lev){ return cornpres s (w, lev) ; } ;Не менее явно в лямбда-выражения передаются и параметры. Здесь очевидно, что па­раметр lev передается по значению.

Таким образом,compressRateL (CompLevel : : High) ; // arg передается по значению1s t d : : b ind всегда копирует свои аргументы. но вызывающий код может добиться -эфф е ктасохранения аргумента по ссылке путем применения s t d : :auto cornpres sRateB=ref.Результат вызоваs t d : : Ыnd ( compress , s t d : : re f ( w ) , _1 ) ;состоит в том. что cornp r e s sRa t e B действует так, как если бы сохра11ялас1.

ссылкаа не его копия.242Глава 6. Лямбда-выраженияriaобъектw.Но как аргумент передается в объект, получающийся с помощью std : : Ь i nd?compressRateB ( CompLevel : : High ) ; 11 Как передается arg?И вновь единственный способ знать, как работает std : : Ьi nd, - это запомнить. (От­вет заключается в том, что все аргументы, передаваемые Ьind-объектам, передаютсяпо ссылке, поскольку оператор вызова функции для таких объектов использует прямуюпередачу.)По сравнению с лямбда-выражениями код, использующий std : : Ь ind, менее удобо­читаем, менее выразителен и, возможно, менее эффективен. В С++ 14 нет обоснованныхслучаев применения std : : Ь i nd.

Однако в С++ 1 1 применение s t d : : Ь i nd может бытьоправдано в двух ограниченных ситуациях.•Лямбда-выражения С++ 1 1 не предоставляют возможностизахвата перемещением, но его можно эмулировать с помощью комбинации лямбда­выражения и std : : Ьi nd. Детали описываются в разделе 6.2, в котором также пояс­няется, что в С++ 14 поддержка инициализирующего захвата в лямбда-выраженияхустраняет необходимость в такой эмуляции.•Полиморфные функциональные объекты. Поскольку оператор вызова функцииЬind-объекта использует прямую передачу, он может принимать аргументы любоготипа (с учетом ограничений на прямую передачу, описанных в разделе 5.8).

Это мо­жет быть полезным, когда вы хотите связать объект с шаблонным оператором вы­зова функции. Например, для классаЗахват перемещением.class PolyWidget {puЬl i c :template<typename Т>void operator () (const Т& param) const;);s t d : : Ьind может связать Po lyWidget следующим образом:PolyWidget pw;auto boundPW=std : : bind ( pw,1) ;После этого boundPW может быть вызван с разными типами аргументов:boundPW ( l 930 ) ;/ / Передача int в PolyWidget : : operator ( )/ / Передача nullptr в PolyWidget : : operator ( )boundPW (nullptr ) ;boundPW ( "Rosebud" ) ; / / Передача строкового литералаВыполнить это с помощью лямбда-выражений С++ 1 1 невозможно. Однако в С++ 1 4этого легко достичь с помощью лямбда-выражения с параметром auto:6.

4 . Предпочитайте л ямбда-выражения п рименению std::Ьiпd243auto boundPW[pw] ( constauto¶m)11 С++ 1 4{ pw (param) ; } ;Конечно, это крайние случаи, и они встречаются все реже, поскольку поддержкаС++ 1 4 лямбда-выражений компиляторами становится все более распространенной.Когда Ь i nd был неофициально добавлен в С++ в 2005 году, это было существеннымусовершенствованием по сравнению с его предшественником 1 998 года.

Однако добав­ление поддержки лямбда-выражений в C++l l привело к устареванию s t d : : Ы nd, а с мо­мента появления С++ 1 4 для него, по сути, не осталось применений.Сnедует зап омнить•Лямбда-выражения более удобочитаемы, более выразительны и могут быть болееэффеl\Гивными по сравнению с std : : Ы nd.•Только в С++ \ \ s t d : : Ы nd может пригодиться для реализации перемещающегозахвата или для связывания объеl\Гов с шаблонными операторами вызова функции.244Глава 6. Лямбда-выраженияГЛАВА 7Пара лл е ль н ы е вы чис л ен и яОдним из наибольших триумфов С++ 1 1 является включение параллелизма в языкпрограммирования и библиотеку.

Программисты, знакомые с другими потоковыми API(например, pthreads или Windows threads), иногда удивляются сравнительно спартанско­му набору возможностей, предлагаемому С++, но это связано с тем, что по большей частиподдержка параллельности в С++ имеет вид ограничений для разработчиков компилято­ров.

Получаемые в результате языковые гарантии означают, что впервые в истории С++программисты могут писать мноrопоточные приложения со стандартным поведениемна всех платформах. Это создает прочный фундамент, на котором могут быть построенывыразительные библиотеки, а элементы параллелизма в стандартной библиотеке (задачи,фьючерсы, потоки, мьютексы, переменные условий, атомарные объекты и прочие) явля­ются лишь началом того, что обязательно станет более богатым набором инструментовдля разработки параллельного программного обеспечения на С++.В последующих разделах нужно иметь в виду, что стандартная библиотека содержитдва шаблона для фьючерсов: std : : future и std : : shared_ future.

Во многих случаях раз­личия между ними не важны, так что я часто говорю просто о фьючерсах, подразумеваяпри этом обе разновидности.7 1 П редпочитайте про r раммирование на основезадач проrраммированию на основе потоков..Если вы хотите выполнить функцию doAs yncWork асинхронно, у вас есть два основ­ных варианта. Вы можете создать std : : thread и запустить с его помощью doAsyncWork,тем самым прибегнув к подходу на основе потоков:int doAsyncWork ( ) ;std: : thread t ( doAsyncWork) ;Вы также можете передать doAsyncWor k в std : : async, воспользовавшись стратегией, из­вестной как подход на основе задач:auto fut=std: : async (doAsyncWork) ; // " fut"от" future"В таких вызовах функциональный объект, переданный в s t d : : a s ync (например,doAsyncWork ) , рассматривается как задача (task).Подход на основе задач обычно превосходит свой аналог на основе потоков, и небольшиефрагменты кода, с которыми вы встретились выше, показывают некоторые причины этого.Здесь doAsyncwork дает возвращаемое значение, в котором, как мы можем разумно предпо­ложить, заинтересован вызывающий doAsyncwork код.

В случае вызова на основе потоковнет простого способа к нему обратиться. При подходе на основе потоков нет простого спосо­ба получить доступ к вызову. В случае же подхода на основе задач это можно легко сделать,поскольку фьючерс, возвращаемый std : : async, предлагает функцию get. Эта функция getеще более важна, если doAsyncwork генерирует исключение, поскольку get обеспечивает до­ступ и к нему. При подходе на основе потоков в случае генерации функцией doAsyncWorkисключения программа аварийно завершается (с помощью вызова s t d : : terminate ).Более фундаментальным различием между подходами на основе потоков и на основе за­дач является воплощение более высокого уровня абстракции в последнем. Он освобождаетвас от деталей управления потоками, что, кстати, напомнило мне о необходимости расска­зать о трех значениях слова поток (thread) в параллельном программировании на С++.•Аппаратные потоки являются потоками, которые выполняют фактические вычис­ления.

Современные машинные архитектуры предлагают по одному или по несколь­ку аппаратных потоков для каждого ядра процессора.•Программные потоки (известные также как потоки ОС или системные потоки) яв­ляются потоками, управляемыми операционной системой1 во всех процессах и пла­нируемыми для выполнения аппаратными потоками. Обычно можно создать про­граммных потоков больше, чем аппаратных, поскольку, когда программный потокзаблокирован (например, при вводе-выводе или ожидании мьютекса или перемен­ной условия), пропускная способность может быть повышена путем выполнениядругих, незаблокированных потоков.•s t d : : thread представляют собой объекты в процессе С++, которые действуют какдескрипторы для лежащих в их основе программных потоков.

Некоторые объектыstd : : t hread представляют "нулевые" дескрипторы, т.е. не соответствуют программ­ным потокам, поскольку находятся в состоянии, сконструированном по умолчанию(следовательно, без выполняемой функции); потоки, из которых выполнено пере­мещение (после перемещения объект std : : thread, в который оно произошло, дей­ствует как дескриптор для соответствующего программного потока); потоки, у ко­торых выполняемая ими функция завершена; а также потоки, у которых разорванасвязь между ними и обслуживающими их программными потоками.Программные потоки являются ограниченным ресурсом. Если вы попытаетесь соз­дать их больше, чем может предоставить система, будет сгенерировано исключениеstd : : system error. Это так, даже если функция, которую вы хотите запустить, не гене­рирует исключений.

Например, даже если doAsyncwork объявлена как noexcept,_int doAsyncWork ( ) noexoept; / / См . noexcept в разделе 3 . 81 В предположении, что таковая имеется. В некоторых встроенных системах ее нет.246Глава 7. Параллельные вычисленияследующая инструкция может сгенерировать исключение:std : : thread t ( doAsyncWork) ; / / Генерация исключения , если// больше нет доступных потоковХорошо написанное программное обеспечение должно каким-то образом обраба­тывать такую возможность, но как? Один вариант - запустить doAsyncWork в текущемпотоке, но это может привести к несбалансированной нагрузке и, если текущий потокявляется потоком GUI, к повышенному времени реакции системы на действия опера­тора. Другой вариант - ожидание завершения некоторых существующих программныхпотоков с последующей попыткой создания нового объекта std : : thread, но может бытьи так, что существующие потоки ожидают действий, которые должна выполнить функ­ция doAsyncWork (например, ее результата или уведомления переменной условия).Даже если вы не исчерпали потоки, у вас могут быть проблемы с превышением под­писки (oversubscription).

Это происходит, когда имеется больше готовых к запуску (т.е.незаблокированных) программных потоков, чем аппаратных. Когда это случается, плани­ровщик потоков (который обычно представляет собой часть операционной системы) вы­полняет разделение времени для выполнения программных потоков аппаратными. Когдавремя работы одного потока завершается и начинается время работы второго, выполня­ется переключение контекстов. Такие переключения контекстов увеличивают накладныерасходы по управлению потоками и могут оказаться в особенности дорогостоящими,когда аппаратный поток, назначаемый программному, оказывается выполняемым другимядром, не тем, что ранее. В этом случае ( 1 ) кеши процессора обычно оказываются с дан­ными, не имеющими отношения к данному программному потоку, и (2) запуск "нового"программного потока на этом ядре "загрязняет" кеши процессора, заполняя их данными,не имеющими отношения к "старым" потокам, которые выполнялись этим ядром и, ве­роятно, будут выполняться им снова.Избежать превышения подписки сложно, поскольку оптимальное отношение про­граммных и аппаратных потоков зависит от того, как часто запускаются программныепотоки, и может изменяться динамически, например, при переходе программы от рабо­ты по вводу-выводу к вычислениям.

Характеристики

Список файлов книги