Д. Вандевурд, Н.М. Джосаттис - Шаблоны C++. Справочник разработчика (2003) (1160769), страница 66
Текст из файла (страница 66)
В частности, чтобы получить возможносп вычислять выражение, приведенное в качестве примера в начале данной главы, понадобятся такие операторы: // ехрггщр1/ехргорв2.)трр 360 Глава 18. Шаблоны выражений орегасог+ (Аггау<т,к1> сопвсй а, Аггау<т,к2> сопвсй Ь) ( гесигп Аггау<Т,А АсЫ<Т,К1,К2» (А АсИ<Т,К1,К2>(а.геР(),Ь.геР())); ) // Перемножение двух объектов класса Аггау Гешр1асе <Сурепазае Т, сурепаше К1, сурепке К2> Аггау<Т, А Ми1С<Т,К1,К2» орегагог* (Аггау<т,к1> соплей а, Аггау<т,к2> соплей Ь) ( гегпгп Аггау<Т,А. Ии1Г<Т,К1,К2» (А Ми1Г<Т,К1,К2>(а.геР(), Ь.гер())); // Умножение скаляра на объект типа Аггау Сшар1асе <сурепаве Т, сурепаше К2> Хггау<Т, А Мп1Г<Т,А.
Яса1аг<Т>,К2» орегаеог* (Т сопвсй в, Аггау<Т,К2> соплей Ь) ( гесигп Аггау<Т,А Ми1С<Т,А Яса1аг<Т>,К2» (А Мп1С<Т,А Яса1аг<Т>,.К2>(А Яса1аг<Т>(в),Ь.геР())) ) // Умножение объекта типа Аггау на скаляр // Сложение скаляра и объекта типа Аггау // Сложение объекта типа Аггау и скаляра //... Как видно из рассмотренных примеров, объявление этих операторов является громоздким, однако нельзя сказать, чтобы в самих функциях выполнялось много действий.
Например, в операторе суммирования двух массивов сначала создается объект класса А АсИ<>, представляющий этот оператор и операнды А АсЫ<Т, К1, К2 > ( а . гер ( ), Ь . гер ( ) ) Затем этот объект помещается в объект класса Аггау. После этого результат можно использовать, как любой другой объект, с помощью которого представляются содержащиеся в массиве данные: гегигп Аггау<Т,А Ас)с)<Т,К1,К2» (...); При вычислении скалярного произведения для создания объекта класса А Мп1" применяется шаблон А. Яса1аг: А Ми1Г<Т,Авса1аг<Т>,К2>(А Яса1аг<Т>(в), Ь.геР()) После этого результат снова помещается в объект класса Аггау: гегцгп Аггау<Т,А Ми1Г<Т,А Яса1аг<Т>,К2» (...); Другие бинарные операторы настолько похожи друг на друга, что для большинс~~~ из них можно применить макросы с небольшим количеством исходного кода.
С помощью других макросов можно реализовать унарные операторы. 18.2. Программирование выражений в аргументах шаблонов 361 18.2.4. Подведем итог При первом знакомстве с понятием шаблонов выражений сложная взаимосвязь различных объявлений и определений может отпугивать. Поэтому проведем нисходящий обзор процессов, которые происходят при работе рассматриваемого примера. Надеемся, что это поможет вам получить целостное понимание принципа работы подобных программ. Анализируемый код выглядит следующим образом (его можно найти в файле гаека/ехргтпайп. срр на прилагаемом компакт-диске): 1пс лш1п() ( Аггау<йоиЬ1е> х(1000), у(1000); х = 1.2*х + х*у; ) Поскольку в обьявленин объектов х и у аргумент кер опущен, по умолчанию принимается, что это объекты класса ЯАггау<с1оиЬ1е>.
Таким образом, х и у — это массивы, в которых хранятся значения, а не записи операций. При анализе выражения 1.2*х + х*у компилятор сначала обращается к левой операции *, операндами которой являются скаляр и массив. Поэтому в процессе разрешения перегрузки оператора умножения выбирается такая его форма: Сешр1аге <Сурепаве Т, куренное К2> Аггау<Т, А Ми1С<Т,А Яса1аг<Т>,К2» орегагог* (Т сопвгй в, Аггау<Т,К2> сопвгй Ь) ( гегигп Аггау<Т,А Ми1С<Т,А Яса1аг<Т>,К2» (А Ми1С<Т,А. Яса1аг<Т>,К2>(А Яса1аг<Т>(в), Ь.гер())) Типы операндов — с)оиЫе и Аггау<с)оиЬ1е, ЯАггау<с)оиЬ1е», следовательно, тип результата будет таким: Аггау<йоиЫе, А Ми1с<с)оиЬ1е, А Яса1аг<с)оиЬ1е>, ЯАггау<с)оиЫе» > Результирующее значение использует объект А Яса1аг<с)оиЬ1е>, созданный из значения 1.
2 типа с)оиЫе, и представление ЯАггау<с)оиЬ1е> объекта х. Затем компилятор переходит к обработке операции умножения х*у, операндами которой являются два массива. Для этого применяется соответствующая форма перегруженного оператора орегагог*. севр1асе <сурепщае т, сурепйпе К1, сурепщве К2> Аггау<Т, А Ми1С<Т,К1,К2» орегасог* (Аггау<Т,к1> сопвсй а, Аггау<т,К2> сопвсй Ь) ( гегигп Аггау<Т,А Ми1С<Т,К1,К2» Глава 18.
Шаблоны выражений 862 (А Ми1Е<Т,К1,К2>(а.гер(), Ь.хер())): Оба операнда имеют тип Аггау<йоиЫе, ЯАггау<йоиЫе», поэтому тип резуль- тата следующий: Аггау<йоиЫе, А,Ми1с<йоиЫе, ЯАггау<йоиЫе>, ЯАггау<йои)З1е» > На этот раз объект А Ми1с использует два представления класса ЯАггау<йоиЫе>: одно для массива х, второе для массива у. Наконец, выполняется операция +.
Ее операндами, как и операндами предьщуа(ей операции, являются два массива, типы которых получены в результате предыдущих операций. Таким образом, к паре массивов применяется оператор +'такого вида: Еешр1аее <сурепаме Т, Гурепщае К1, Сурепатпе К2> Аггау<Т,А Айй<Т,К1,К2» орегагог+ (Аггау<т,к1> сопвга а, Аггау<т,к2> сопвсй Ы ( гегигп Аггау<Т,А Айй<Т,К1,К2» (А Айй<Т,К1,К2>(а.гер(),Ь.гер())); ) Вместо параметра типа Т подставляется тип йоиЬ1е, вместо К1 — тип АМи1Г<йоиЫе, А Яса1аг<йоиЫе>, ЯАггау<йоиЫе» и вместо К2 — тип А Ми1с<йоиЬ1е, ЯАггау<йоиЫе>, ЯАггау<йоиЫе» Таким образом, справа от знака равенства стоит выражение типа Аггау<йоиЬ1е, А Айй<йоиЫе, А Ми1с<йоиЬ1е, А Яса1аг<йоиЬ1е>, ЯАггау<йоиЫ е», А Ми1с<йоиЫе, ЯАггау<йоиЬ1е>, ЯАггау<йоиЬ1е» » Этот тип соответствует шаблону оператора присвоения из шаблона Аггау. сезар1асе <Гуревиче Т, Сурепаше Кер = ЯАггау<Т» с1авв Аггау ( риЫйс: II Оператор присвоения дпя массивов разных типов еепр1асе<сурепщае т2, гурепаше Кер2> Аггауй орегасог= (Аггау<т2, Кер2> сопвсй Ы ( аввегс(вйзе() ==Ь.вйяе[) ) ' Бог (вйке е 1йх = Ор 1йх<Ь.вйяе(); ++1с)х] ( ехрг гер[1йх] = Ь[1йх]; ) гееигп *сЬТв; 363 18.2.
Программирование выражений в аргументах шаблонов В результате выполнения оператора присвоения вычисляется каждый элемент нахо- дящегося слева массива х. При этом оператор взятия индекса применяется к представле- нию правой части, тип которой приведен ниже. А Айй<йоцЫе, А Мц1Г<йоцЬ1е, А Яса1агсйоиЫе>, яАггаукйоцЬ1е», А Ми1С<йоцЫе, БАггау<йоцЫе>, ЯАггау<йоцЫе»» Детальный разбор результатов работы этого оператора показывает, что для данного индекса 1йх он вычисляет выражение (1.
2*х [1йх] ) + (х [1йх] *у [1йх] ), а это именно то, что нам нужно. 18.2.5. Присвоение шаблонов выражений Для элемента массива с аргументом кер, который в рассматриваемом примере входит в шаблоны выражений А Ми1г и А Айй, невозможно инстанцировать операции записи (в самом деле, выражение а+Ь = с не имеет смысла). Однако вполне допустима операция записи шаблонов других выражений, если в результате получавгся объект, который может стоять слева от оператора присвоения. Например, если массив состоит из целочисленных элементов, то он может играть роль индекса другого массива.
Другими словами, выражение х [у) = 2*х [у] г должно означать аког(в1ве г ййх О; 1йх е у.в1ве() у ++1йх) ( х[у[1йх]] = 2*к[у[1йх]]у Чтобы можно было реализовать подобную операцию, в основании класса Аггау должен находиться шаблон выражения, который ведет себя как 1ча1ое (т.е. ссьшается на ячейку памяти, в которую можно произвести запись).
Составные части такого шаблона выражения принципиально не отличаются, например, от шаблона А Мц1С. Единственное важное отличие состоит в том, что для операторов индексации реализуется версия с модификатором сопев и без него, и что эти операторы возвращает ссылки на 1ча1ие. // ехргсщр1/ехргорвЗ.Ьрр Гещр1асе<гурепаще Т, Гурепаще А1, Сурепаще А2> с1авв А БцЬвсг1рс ( рцЪ11с: // Конструктор, инициализирующий ссылки на операнды А ЯцЬвсгерс(А1 сопвга а, А2 сопвга Ы а1 (а), а2 (Ы ( // Обработка индексации при запросе значения Глава ?8. Шаблоны выражений 364 Т орегагог(] (вйае Г Ых) сопвг ( гегигп а1[а2[йс)х)); ) Тй орегагог[] (зйае с йдх) ( геспгп а1[а2[йс)х]]; // Размер внутреннего массива вйхе с в1ке() сопвс ( гесигп а2. в1хе ( ) т ) рг1ттасе: А1 сопит й а1? А2 сопвг й а2; // Ссылка на 1-й операнд // Ссылка на 2-й операнд Для реализации предложенного ранее расширения оператора, возвращаюШего элемент массива по индексу, потребуется добавить в шаблон класса Аггау дополнительные операторы взятия индекса.
Один из этих операторов можно определить как показано ниже (по-видимому, понадобится также его версия с модификатором сопи с). // ехргстр1/ехргорв4.Ьрр Гетвр1аге<еурепаше Т, Сурепатве К1, Сурепатае К2> Аггау<Т,А. ЯпЬвсгйрг<Т,К1,К2» Аггау<Т,К1>::орегасог[] (Аггау<Т,К2> сопвсй Ь) [ гегигп Аггау<Т,А ЯиЬвсгйрг<Т,К1,К2» (А ЯиЬвсгйрс<Т,К1,К2>(а.гер(),Ь.гер()))т 18.3. Производительность и ограничения шаблонов выражений х = А*хт Чтобы убедить читателя в оправданности идеи о шаблонах выражений, в этой главе был приведен тот аргумент, что такие шаблоны позволяют значительно повысить производительность выполнения операций с массивами.
Если проследить за обработкой шаблонов выражений, то можно обнаружить, что в них множество встроенных функпий вызывают друг друга " что при этом в стеке размешается множество шаблонов объектов. Чтобы получился кол, работающий так же хорошо, как написанный вручную, оптимизатор должен выполнять полисе встраивание и исключение небольших объектов. Во время написания данной книги реяко встречалнсь компиляторы С++, способные выполюпь зти операции.
Метод шаблонных выражений не решает всех проблем, возникаюшнх при выполне нии численных операций с массивами. Например, он не работает при умножении матра цы на вектор, записанном в виде 18.4. Заключение 365 В приведенной инструкции х — это вектор-столбец, а А — квадратная матрица пхп. Без временного массива здесь не обойтись, поскольку каждый элемент результирукицего массива зависит от каждого элемента исходного массива. К сожалению, в цикле, заданном в шаблоне выражения, первый элемент массива х тут же изменится, и в вычислении последующих значений этого массива будет участвовать уже не исходное, а измененное значение х[01, что приведет к неправильному результату. С другой стороны, для вычисления несколько отличающегося выражения х = А*у; временный массив не нужен, если только переменные х и у не указывают на один и тот же объект.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
