Question

我有一个名为Writer的类，其函数writeVector如下：

void Drawer::writeVector(vector<T> vec, bool index=true)
{
    for (unsigned int i = 0; i < vec.size(); i++) {
        if (index) {
            cout << i << "\t";
        }
        cout << vec[i] << "\n";
    }
}

我正在尝试不要重复代码，同时仍然担心性能问题。在函数中，我正在对if (index) - 循环的每一轮进行for检查，即使结果总是相同的。这反对“担心表现”。

我可以通过将检查放在我的for循环之外来轻松避免这种情况。但是，我会得到大量重复的代码：

void Drawer::writeVector(...)
{
    if (index) {
        for (...) {
            cout << i << "\t" << vec[i] << "\n";
        }
    }
    else {
        for (...) {
            cout << vec[i] << "\n";
        }
    }
}

所以这些对我来说都是“坏”的解决方案。我一直在想的是两个私有函数，其中一个超出索引，然后调用另一个。另一个只是超出了价值。但是，我无法弄清楚如何在我的程序中使用它，我仍然需要if检查以查看要调用哪一个...

根据问题，多态似乎是一个正确的解决方案。但我看不出我该怎么用呢。什么是解决这类问题的首选方法？

这不是一个真正的计划，我只是想学习如何解决这类问题。

Answer 1

将循环体作为函子传递。它在编译时被内联，没有性能损失。

传递变化的想法在C ++标准库中无处不在。它被称为策略模式。

如果您被允许使用C ++ 11，您可以这样做：

#include <iostream>
#include <set>
#include <vector>

template <typename Container, typename Functor, typename Index = std::size_t>
void for_each_indexed(const Container& c, Functor f, Index index = 0) {

    for (const auto& e : c)
        f(index++, e);
}

int main() {

    using namespace std;

    set<char> s{'b', 'a', 'c'};

    // indices starting at 1 instead of 0
    for_each_indexed(s, [](size_t i, char e) { cout<<i<<'\t'<<e<<'\n'; }, 1u);

    cout << "-----" << endl;

    vector<int> v{77, 88, 99};

    // without index
    for_each_indexed(v, [](size_t , int e) { cout<<e<<'\n'; });
}

这段代码并不完美，但你明白了。

在旧的C ++ 98中，它看起来像这样：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

struct with_index {
  void operator()(ostream& out, vector<int>::size_type i, int e) {
    out << i << '\t' << e << '\n';
  }
};

struct without_index {
  void operator()(ostream& out, vector<int>::size_type i, int e) {
    out << e << '\n';
  }
};


template <typename Func>
void writeVector(const vector<int>& v, Func f) {
  for (vector<int>::size_type i=0; i<v.size(); ++i) {
    f(cout, i, v[i]);
  }
}

int main() {

  vector<int> v;
  v.push_back(77);
  v.push_back(88);
  v.push_back(99);

  writeVector(v, with_index());

  cout << "-----" << endl;

  writeVector(v, without_index());

  return 0;
}

同样，代码远非完美，但它给了你一个想法。

Answer 2

在函数中，我正在对for循环的每一轮进行if（索引）检查，即使结果总是相同的。这反对“担心表现”。

如果确实如此，分支预测器在预测（常量）结果时没有问题。因此，这只会在前几次迭代中导致错误预测的轻微开销。在性能方面无需担心

在这种情况下，为了清晰起见，我主张将测试保留在循环中。

Answer 3

要扩展Ali的答案，这是完全正确但仍然重复某些代码（循环体的一部分，不幸的是，在使用策略模式时难以避免）......

在这种特殊情况下，代码重复并不多，但有一种方法可以将其减少更多，如果函数体大于几条指令，它就会派上用场。

关键是使用编译器执行常量折叠/死代码消除的能力。我们可以通过手动将index的运行时值映射到编译时值（当只有有限数量的情况时很容易做到 - 在这种情况下为2）并使用非类型模板参数来实现这在编译时是已知的：

template<bool index = true>
//                  ^^^^^^ note: the default value is now part of the template version
//                         see below to understand why
void writeVector(const vector<int>& vec) {
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        if (index) { // compile-time constant: this test will always be eliminated
            cout << i << "\t"; // this will only be kept if "index" is true
        }
        cout << vec[i] << "\n";
    }
}

void writeVector(const vector<int>& vec, bool index)
//                                            ^^^^^ note: no more default value, otherwise
//                                            it would clash with the template overload
{
    if (index) // runtime decision
        writeVector<true>(vec);
        //          ^^^^ map it to a compile-time constant
    else
        writeVector<false>(vec);
}

这样我们最终得到的编译代码相当于你的第二个代码示例（外部if /内部for），但没有自己复制代码。现在我们可以使writeVector的模板版本变得如我们想象的那样复杂，总会有一段代码需要维护。

请注意模板版本（以非类型模板参数的形式采用编译时常量）和非模板版本（将运行时变量作为函数参数）重载。这允许您根据需要选择最相关的版本，在两种情况下都具有相似且易于记忆的语法：

writeVector<true>(vec);   // you already know at compile-time which version you want
                          // no need to go through the non-template runtime dispatching

writeVector(vec, index);  // you don't know at compile-time what "index" will be
                          // so you have to use the non-template runtime dispatching

writeVector(vec);         // you can even use your previous syntax using a default argument
                          // it will call the template overload directly

Answer 4

在大多数情况下，您的代码已经对性能和可读性有所帮助。一个好的编译器能够检测循环不变性并进行适当的优化。考虑以下与您的代码非常接近的示例：

#include <cstdio>
#include <iterator>

void write_vector(int* begin, int* end, bool print_index = false) {
    unsigned index = 0;
    for(int* it = begin; it != end; ++it) {
        if (print_index) {
            std::printf("%d: %d\n", index, *it);
        } else {
            std::printf("%d\n", *it);
        }
        ++index;
    }
}

int my_vector[] = {
    1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10,
};


int main(int argc, char** argv) {
    write_vector(std::begin(my_vector), std::end(my_vector));
}

我正在使用以下命令行对其进行编译：

g++ --version
g++ (GCC) 4.9.1
Copyright (C) 2014 Free Software Foundation, Inc.
This is free software; see the source for copying conditions.  There is NO
warranty; not even for MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.
g++ -O3 -std=c++11 main.cpp

然后，让我们转储程序集：

objdump -d a.out | c++filt > main.s

write_vector的结果汇编为：

00000000004005c0 <write_vector(int*, int*, bool)>:
  4005c0:   48 39 f7                cmp    %rsi,%rdi
  4005c3:   41 54                   push   %r12
  4005c5:   49 89 f4                mov    %rsi,%r12
  4005c8:   55                      push   %rbp
  4005c9:   53                      push   %rbx
  4005ca:   48 89 fb                mov    %rdi,%rbx
  4005cd:   74 25                   je     4005f4 <write_vector(int*, int*, bool)+0x34>
  4005cf:   84 d2                   test   %dl,%dl
  4005d1:   74 2d                   je     400600 <write_vector(int*, int*, bool)+0x40>
  4005d3:   31 ed                   xor    %ebp,%ebp
  4005d5:   0f 1f 00                nopl   (%rax)
  4005d8:   8b 13                   mov    (%rbx),%edx
  4005da:   89 ee                   mov    %ebp,%esi
  4005dc:   31 c0                   xor    %eax,%eax
  4005de:   bf a4 06 40 00          mov    $0x4006a4,%edi
  4005e3:   48 83 c3 04             add    $0x4,%rbx
  4005e7:   83 c5 01                add    $0x1,%ebp
  4005ea:   e8 81 fe ff ff          callq  400470 <printf@plt>
  4005ef:   49 39 dc                cmp    %rbx,%r12
  4005f2:   75 e4                   jne    4005d8 <write_vector(int*, int*, bool)+0x18>
  4005f4:   5b                      pop    %rbx
  4005f5:   5d                      pop    %rbp
  4005f6:   41 5c                   pop    %r12
  4005f8:   c3                      retq   
  4005f9:   0f 1f 80 00 00 00 00    nopl   0x0(%rax)
  400600:   8b 33                   mov    (%rbx),%esi
  400602:   31 c0                   xor    %eax,%eax
  400604:   bf a8 06 40 00          mov    $0x4006a8,%edi
  400609:   48 83 c3 04             add    $0x4,%rbx
  40060d:   e8 5e fe ff ff          callq  400470 <printf@plt>
  400612:   49 39 dc                cmp    %rbx,%r12
  400615:   75 e9                   jne    400600 <write_vector(int*, int*, bool)+0x40>
  400617:   eb db                   jmp    4005f4 <write_vector(int*, int*, bool)+0x34>
  400619:   0f 1f 80 00 00 00 00    nopl   0x0(%rax)

我们可以看到，在函数开始时，我们检查了该值并跳转到两个可能的循环之一：

  4005cf:   84 d2                   test   %dl,%dl
  4005d1:   74 2d                   je     400600 <write_vector(int*, int*, bool)+0x40>

当然，这只有在编译器能够检测到条件是实际不变的情况下才有效。通常，它非常适合标志和简单的内联函数。但是，如果条件是“复杂的”，请考虑使用其他答案中的方法。

在for循环中避免if语句？

4 个答案: