OSDN Git Service

2009-07-20 Benjamin Kosnik <bkoz@redhat.com>
[pf3gnuchains/gcc-fork.git] / libstdc++-v3 / doc / xml / manual / containers.xml
1 <?xml version='1.0'?>
2 <!DOCTYPE part PUBLIC "-//OASIS//DTD DocBook XML V4.5//EN" 
3  "http://www.oasis-open.org/docbook/xml/4.5/docbookx.dtd" 
4 [ ]>
5
6 <part id="manual.containers" xreflabel="Containers">
7 <?dbhtml filename="containers.html"?>
8  
9 <partinfo>
10   <keywordset>
11     <keyword>
12       ISO C++
13     </keyword>
14     <keyword>
15       library
16     </keyword>
17   </keywordset>
18 </partinfo>
19
20 <title>
21   Containers
22   <indexterm><primary>Containers</primary></indexterm>
23 </title>
24
25 <!-- Chapter 01 : Sequences -->
26 <chapter id="manual.containers.sequences" xreflabel="Sequences">
27 <?dbhtml filename="sequences.html"?>
28   <title>Sequences</title>
29
30 <sect1 id="containers.sequences.list" xreflabel="list">
31 <?dbhtml filename="list.html"?>
32   <title>list</title>
33   <sect2 id="sequences.list.size" xreflabel="list::size() is O(n)">
34     <title>list::size() is O(n)</title>
35    <para>
36      Yes it is, and that's okay.  This is a decision that we preserved
37      when we imported SGI's STL implementation.  The following is
38      quoted from <ulink
39      url="http://www.sgi.com/tech/stl/FAQ.html">their FAQ</ulink>:
40    </para>
41    <blockquote>
42      <para>
43        The size() member function, for list and slist, takes time
44        proportional to the number of elements in the list.  This was a
45        deliberate tradeoff.  The only way to get a constant-time
46        size() for linked lists would be to maintain an extra member
47        variable containing the list's size.  This would require taking
48        extra time to update that variable (it would make splice() a
49        linear time operation, for example), and it would also make the
50        list larger.  Many list algorithms don't require that extra
51        word (algorithms that do require it might do better with
52        vectors than with lists), and, when it is necessary to maintain
53        an explicit size count, it's something that users can do
54        themselves.
55      </para>
56      <para>
57        This choice is permitted by the C++ standard. The standard says
58        that size() <quote>should</quote> be constant time, and
59        <quote>should</quote> does not mean the same thing as
60        <quote>shall</quote>.  This is the officially recommended ISO
61        wording for saying that an implementation is supposed to do
62        something unless there is a good reason not to.
63       </para>
64       <para>
65         One implication of linear time size(): you should never write
66       </para>
67          <programlisting>
68          if (L.size() == 0)
69              ...
70          </programlisting>
71
72          <para>
73          Instead, you should write
74          </para>
75
76          <programlisting>
77          if (L.empty())
78              ...
79          </programlisting>
80    </blockquote>
81   </sect2>
82 </sect1>
83
84 <sect1 id="containers.sequences.vector" xreflabel="vector">
85 <?dbhtml filename="vector.html"?>
86   <title>vector</title>
87   <para>
88   </para>
89   <sect2 id="sequences.vector.management" xreflabel="Space Overhead Management">
90     <title>Space Overhead Management</title>
91    <para>
92      In <ulink
93      url="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2002-04/msg00105.html">this
94      message to the list</ulink>, Daniel Kostecky announced work on an
95      alternate form of <code>std::vector</code> that would support
96      hints on the number of elements to be over-allocated.  The design
97      was also described, along with possible implementation choices.
98    </para>
99    <para>
100      The first two alpha releases were announced <ulink
101      url="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2002-07/msg00048.html">here</ulink>
102      and <ulink
103      url="http://gcc.gnu.org/ml/libstdc++/2002-07/msg00111.html">here</ulink>.
104    </para>
105
106   </sect2></sect1>
107 </chapter>
108
109 <!-- Chapter 02 : Associative -->
110 <chapter id="manual.containers.associative" xreflabel="Associative">
111 <?dbhtml filename="associative.html"?>
112   <title>Associative</title>
113
114   <sect1 id="containers.associative.insert_hints" xreflabel="Insertion Hints">
115     <title>Insertion Hints</title>
116    <para>
117      Section [23.1.2], Table 69, of the C++ standard lists this
118      function for all of the associative containers (map, set, etc):
119    </para>
120    <programlisting>
121       a.insert(p,t);
122    </programlisting>
123    <para>
124      where 'p' is an iterator into the container 'a', and 't' is the
125      item to insert.  The standard says that <quote><code>t</code> is
126      inserted as close as possible to the position just prior to
127      <code>p</code>.</quote> (Library DR #233 addresses this topic,
128      referring to <ulink
129      url="http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2005/n1780.html">N1780</ulink>.
130      Since version 4.2 GCC implements the resolution to DR 233, so
131      that insertions happen as close as possible to the hint. For
132      earlier releases the hint was only used as described below.
133    </para>
134    <para>
135      Here we'll describe how the hinting works in the libstdc++
136      implementation, and what you need to do in order to take
137      advantage of it.  (Insertions can change from logarithmic
138      complexity to amortized constant time, if the hint is properly
139      used.)  Also, since the current implementation is based on the
140      SGI STL one, these points may hold true for other library
141      implementations also, since the HP/SGI code is used in a lot of
142      places.
143    </para>
144    <para>
145      In the following text, the phrases <emphasis>greater
146      than</emphasis> and <emphasis>less than</emphasis> refer to the
147      results of the strict weak ordering imposed on the container by
148      its comparison object, which defaults to (basically)
149      <quote>&lt;</quote>.  Using those phrases is semantically sloppy,
150      but I didn't want to get bogged down in syntax.  I assume that if
151      you are intelligent enough to use your own comparison objects,
152      you are also intelligent enough to assign <quote>greater</quote>
153      and <quote>lesser</quote> their new meanings in the next
154      paragraph.  *grin*
155    </para>
156    <para>
157      If the <code>hint</code> parameter ('p' above) is equivalent to:
158    </para>
159      <itemizedlist>
160       <listitem>
161         <para>
162           <code>begin()</code>, then the item being inserted should
163           have a key less than all the other keys in the container.
164           The item will be inserted at the beginning of the container,
165           becoming the new entry at <code>begin()</code>.
166       </para>
167       </listitem>
168       <listitem>
169         <para>
170           <code>end()</code>, then the item being inserted should have
171           a key greater than all the other keys in the container.  The
172           item will be inserted at the end of the container, becoming
173           the new entry at <code>end()</code>.  
174       </para>
175       </listitem>
176       <listitem>
177         <para>
178           neither <code>begin()</code> nor <code>end()</code>, then:
179           Let <code>h</code> be the entry in the container pointed to
180           by <code>hint</code>, that is, <code>h = *hint</code>.  Then
181           the item being inserted should have a key less than that of
182           <code>h</code>, and greater than that of the item preceding
183           <code>h</code>.  The new item will be inserted between
184           <code>h</code> and <code>h</code>'s predecessor.
185           </para>
186       </listitem>
187      </itemizedlist>
188    <para>
189      For <code>multimap</code> and <code>multiset</code>, the
190      restrictions are slightly looser: <quote>greater than</quote>
191      should be replaced by <quote>not less than</quote>and <quote>less
192      than</quote> should be replaced by <quote>not greater
193      than.</quote> (Why not replace greater with
194      greater-than-or-equal-to?  You probably could in your head, but
195      the mathematicians will tell you that it isn't the same thing.)
196    </para>
197    <para>
198      If the conditions are not met, then the hint is not used, and the
199      insertion proceeds as if you had called <code> a.insert(t)
200      </code> instead.  (<emphasis>Note </emphasis> that GCC releases
201      prior to 3.0.2 had a bug in the case with <code>hint ==
202      begin()</code> for the <code>map</code> and <code>set</code>
203      classes.  You should not use a hint argument in those releases.)
204    </para>
205    <para>
206      This behavior goes well with other containers'
207      <code>insert()</code> functions which take an iterator: if used,
208      the new item will be inserted before the iterator passed as an
209      argument, same as the other containers.
210    </para>
211    <para>
212      <emphasis>Note </emphasis> also that the hint in this
213      implementation is a one-shot.  The older insertion-with-hint
214      routines check the immediately surrounding entries to ensure that
215      the new item would in fact belong there.  If the hint does not
216      point to the correct place, then no further local searching is
217      done; the search begins from scratch in logarithmic time.
218    </para>
219   </sect1>
220
221
222   <sect1 id="containers.associative.bitset" xreflabel="bitset">
223     <?dbhtml filename="bitset.html"?>
224     <title>bitset</title>
225     <sect2 id="associative.bitset.size_variable" xreflabel="Variable">
226       <title>Size Variable</title>
227       <para>
228         No, you cannot write code of the form
229       </para>
230       <!-- Careful, the leading spaces in PRE show up directly. -->
231    <programlisting>
232       #include &lt;bitset&gt;
233
234       void foo (size_t n)
235       {
236           std::bitset&lt;n&gt;   bits;
237           ....
238       } 
239    </programlisting>
240    <para>
241      because <code>n</code> must be known at compile time.  Your
242      compiler is correct; it is not a bug.  That's the way templates
243      work.  (Yes, it <emphasis>is</emphasis> a feature.)
244    </para>
245    <para>
246      There are a couple of ways to handle this kind of thing.  Please
247      consider all of them before passing judgement.  They include, in
248      no particular order:
249    </para>
250       <itemizedlist>
251         <listitem><para>A very large N in <code>bitset&lt;N&gt;</code>.</para></listitem>
252         <listitem><para>A container&lt;bool&gt;.</para></listitem>
253         <listitem><para>Extremely weird solutions.</para></listitem>
254       </itemizedlist>
255    <para>
256      <emphasis>A very large N in
257      <code>bitset&lt;N&gt;</code>.&nbsp;&nbsp;</emphasis> It has been
258      pointed out a few times in newsgroups that N bits only takes up
259      (N/8) bytes on most systems, and division by a factor of eight is
260      pretty impressive when speaking of memory.  Half a megabyte given
261      over to a bitset (recall that there is zero space overhead for
262      housekeeping info; it is known at compile time exactly how large
263      the set is) will hold over four million bits.  If you're using
264      those bits as status flags (e.g.,
265      <quote>changed</quote>/<quote>unchanged</quote> flags), that's a
266      <emphasis>lot</emphasis> of state.
267    </para>
268    <para>
269      You can then keep track of the <quote>maximum bit used</quote>
270      during some testing runs on representative data, make note of how
271      many of those bits really need to be there, and then reduce N to
272      a smaller number.  Leave some extra space, of course.  (If you
273      plan to write code like the incorrect example above, where the
274      bitset is a local variable, then you may have to talk your
275      compiler into allowing that much stack space; there may be zero
276      space overhead, but it's all allocated inside the object.)
277    </para>
278    <para>
279      <emphasis>A container&lt;bool&gt;.&nbsp;&nbsp;</emphasis> The
280      Committee made provision for the space savings possible with that
281      (N/8) usage previously mentioned, so that you don't have to do
282      wasteful things like <code>Container&lt;char&gt;</code> or
283      <code>Container&lt;short int&gt;</code>.  Specifically,
284      <code>vector&lt;bool&gt;</code> is required to be specialized for
285      that space savings.
286    </para>
287    <para>
288      The problem is that <code>vector&lt;bool&gt;</code> doesn't
289      behave like a normal vector anymore.  There have been recent
290      journal articles which discuss the problems (the ones by Herb
291      Sutter in the May and July/August 1999 issues of C++ Report cover
292      it well).  Future revisions of the ISO C++ Standard will change
293      the requirement for <code>vector&lt;bool&gt;</code>
294      specialization.  In the meantime, <code>deque&lt;bool&gt;</code>
295      is recommended (although its behavior is sane, you probably will
296      not get the space savings, but the allocation scheme is different
297      than that of vector).
298    </para>
299    <para>
300      <emphasis>Extremely weird solutions.&nbsp;&nbsp;</emphasis> If
301      you have access to the compiler and linker at runtime, you can do
302      something insane, like figuring out just how many bits you need,
303      then writing a temporary source code file.  That file contains an
304      instantiation of <code>bitset</code> for the required number of
305      bits, inside some wrapper functions with unchanging signatures.
306      Have your program then call the compiler on that file using
307      Position Independent Code, then open the newly-created object
308      file and load those wrapper functions.  You'll have an
309      instantiation of <code>bitset&lt;N&gt;</code> for the exact
310      <code>N</code> that you need at the time.  Don't forget to delete
311      the temporary files.  (Yes, this <emphasis>can</emphasis> be, and
312      <emphasis>has been</emphasis>, done.)
313    </para>
314    <!-- I wonder if this next paragraph will get me in trouble... -->
315    <para>
316      This would be the approach of either a visionary genius or a
317      raving lunatic, depending on your programming and management
318      style.  Probably the latter.
319    </para>
320    <para>
321      Which of the above techniques you use, if any, are up to you and
322      your intended application.  Some time/space profiling is
323      indicated if it really matters (don't just guess).  And, if you
324      manage to do anything along the lines of the third category, the
325      author would love to hear from you...
326    </para>
327    <para>
328      Also note that the implementation of bitset used in libstdc++ has
329      <link linkend="manual.ext.containers.sgi">some extensions</link>.
330    </para>
331
332     </sect2>
333     <sect2 id="associative.bitset.type_string" xreflabel="Type String">
334       <title>Type String</title>
335       <para>
336       </para>
337    <para>
338      Bitmasks do not take char* nor const char* arguments in their
339      constructors.  This is something of an accident, but you can read
340      about the problem: follow the library's <quote>Links</quote> from
341      the homepage, and from the C++ information <quote>defect
342      reflector</quote> link, select the library issues list.  Issue
343      number 116 describes the problem.
344    </para>
345    <para>
346      For now you can simply make a temporary string object using the
347      constructor expression:
348    </para>
349    <programlisting>
350       std::bitset&lt;5&gt; b ( std::string(<quote>10110</quote>) );
351    </programlisting>
352    
353    <para>
354      instead of
355    </para>
356
357     <programlisting>
358       std::bitset&lt;5&gt; b ( <quote>10110</quote> );    // invalid
359     </programlisting>
360     </sect2>  
361   </sect1>
362
363 </chapter>
364
365 <!-- Chapter 03 : Interacting with C -->
366 <chapter id="manual.containers.c" xreflabel="Interacting with C">
367 <?dbhtml filename="containers_and_c.html"?>
368   <title>Interacting with C</title>
369
370   <sect1 id="containers.c.vs_array" xreflabel="Containers vs. Arrays">
371     <title>Containers vs. Arrays</title>
372    <para>
373      You're writing some code and can't decide whether to use builtin
374      arrays or some kind of container.  There are compelling reasons
375      to use one of the container classes, but you're afraid that
376      you'll eventually run into difficulties, change everything back
377      to arrays, and then have to change all the code that uses those
378      data types to keep up with the change.
379    </para>
380    <para>
381      If your code makes use of the standard algorithms, this isn't as
382      scary as it sounds.  The algorithms don't know, nor care, about
383      the kind of <quote>container</quote> on which they work, since
384      the algorithms are only given endpoints to work with.  For the
385      container classes, these are iterators (usually
386      <code>begin()</code> and <code>end()</code>, but not always).
387      For builtin arrays, these are the address of the first element
388      and the <link linkend="iterators.predefined.end">past-the-end</link> element.
389    </para>
390    <para>
391      Some very simple wrapper functions can hide all of that from the
392      rest of the code.  For example, a pair of functions called
393      <code>beginof</code> can be written, one that takes an array,
394      another that takes a vector.  The first returns a pointer to the
395      first element, and the second returns the vector's
396      <code>begin()</code> iterator.
397    </para>
398    <para>
399      The functions should be made template functions, and should also
400      be declared inline.  As pointed out in the comments in the code
401      below, this can lead to <code>beginof</code> being optimized out
402      of existence, so you pay absolutely nothing in terms of increased
403      code size or execution time.
404    </para>
405    <para>
406      The result is that if all your algorithm calls look like
407    </para>
408    <programlisting>
409    std::transform(beginof(foo), endof(foo), beginof(foo), SomeFunction);
410    </programlisting>
411    <para>
412      then the type of foo can change from an array of ints to a vector
413      of ints to a deque of ints and back again, without ever changing
414      any client code.
415    </para>
416
417 <programlisting>
418 // beginof
419 template&lt;typename T&gt;
420   inline typename vector&lt;T&gt;::iterator
421   beginof(vector&lt;T&gt; &amp;v)
422   { return v.begin(); }
423
424 template&lt;typename T, unsigned int sz&gt;
425   inline T* 
426   beginof(T (&amp;array)[sz]) { return array; }
427
428 // endof
429 template&lt;typename T&gt;
430   inline typename vector&lt;T&gt;::iterator 
431   endof(vector&lt;T&gt; &amp;v)
432   { return v.end(); }
433
434 template&lt;typename T, unsigned int sz&gt;
435   inline T* 
436   endof(T (&amp;array)[sz]) { return array + sz; }
437
438 // lengthof
439 template&lt;typename T&gt;
440   inline typename vector&lt;T&gt;::size_type 
441   lengthof(vector&lt;T&gt; &amp;v)
442   { return v.size(); }
443
444 template&lt;typename T, unsigned int sz&gt;
445   inline unsigned int 
446   lengthof(T (&amp;)[sz]) { return sz; }
447 </programlisting>
448
449    <para>
450      Astute readers will notice two things at once: first, that the
451      container class is still a <code>vector&lt;T&gt;</code> instead
452      of a more general <code>Container&lt;T&gt;</code>.  This would
453      mean that three functions for <code>deque</code> would have to be
454      added, another three for <code>list</code>, and so on.  This is
455      due to problems with getting template resolution correct; I find
456      it easier just to give the extra three lines and avoid confusion.
457    </para>
458    <para>
459      Second, the line
460    </para>
461    <programlisting>
462     inline unsigned int lengthof (T (&amp;)[sz]) { return sz; } 
463    </programlisting>
464    <para>
465      looks just weird!  Hint:  unused parameters can be left nameless.
466    </para>
467   </sect1>
468   
469 </chapter>
470
471 </part>