Boost container feature
- 1. Boost.Container特有の機能 高橋 晶(Akira Takahashi) [email protected] 2015/05/30 Boost.勉強会 #17 東京
- 2. 自己紹介 1/2 • 高橋 晶(Akira Takahashi) • システム系とかゲーム系とか、いろいろな開発をやってます。 • 最近は、プロ向けの教育の仕事とか、Emscriptenを使って C++でブラウザゲームを作っていたりしました。
- 3. 自己紹介 2/2 • 著書： 『C++テンプレートテクニック』 『C++ポケットリファレンス』『プログラミングの魔導書』 シリーズ • C++の日本語リファレンスサイトcpprefjpを作っています。 • Boostの日本語情報サイトboostjpを作っています。 • そのほか、たまにBoostにpull requestを投げたりしています
- 5. 本日のお題：Boost.Container • この発表では、Boostのコンテナライブラリについて 話します。 • Boost.Containerには、標準ライブラリとほとんど同じ機能 が入っているため、あまり使われていないように思います。 • しかし実際には、標準ライブラリよりもこちらを使った方が いい、というような機能が多々入っています。 • 今回の発表では、Boost.Container特有の便利な機能を 紹介していきます。
- 6. Boost.Containerとは • 作者Ion Gaztañaga • C++標準化委員会で、コンテナ関係の仕様を決めてる人 • 標準コンテナの最新仕様を、標準規格の更新を待たず、 すぐに試せることを目的としたライブラリ。 • この発表では、C++11標準コンテナの知識を前提として、 Boost.Containerの拡張機能やその他特徴を紹介します。
- 7. 話すこと • あらゆる環境向けに、ひとつの実装 • 標準以外のコンテナ • 要素のデフォルト値を未初期化にする • realloc機能に対応したアロケータ • 例外送出のカスタマイズ • 連想コンテナの拡張オプション
- 8. あらゆる環境向けに、ひとつの実装 標準コンテナは、環境ごとにコンテナの実装が異なる。 Boost.Containerでは実装がひとつなので、以下のようなことを期待して 使用できる： • メモリ確保する場所・条件が一定 • たとえば、デフォルトコンストラクタはメモリ確保しない (なので、例外を送出しない) • basic_stringのSmall String Optimization • 短い文字列については、スタックを使用する • ただし、デフォルトのメモリアロケータは、環境ごとの mallocを使用するので、パフォーマンスは一定ではない
- 9. 標準以外のコンテナ 1/5 Boost.Containerには、標準ライブラリにはない拡張コンテナが いくつか用意されている • stable_vector • flat_map／flat_set • static_vector • small_vector
- 10. 標準以外のコンテナ 2/5 stable_vector • vectorとlistのハイブリッド • 伸長や消去をした際に、イテレータと参照が無効にならない • メモリが連続していない • 定数時間でランダムアクセスできる
- 11. 標準以外のコンテナ 3/5 flat_map ／ flat_set • ソート済みvectorとしての、順序付き連想コンテナ • ツリー構造ではないからflat(平坦) • イテレーションが標準連想コンテナよりも高速 • メモリ消費が標準連想コンテナよりも小さい • 検索は対数時間
- 12. 標準以外のコンテナ 4/5 static_vector • 動的メモリ確保せず、スタックを使用するvector • 第2テンプレート引数で、最大の要素数を指定して、それを 超えないように使用する。超えたらbad_alloc例外。 boost::container::static_vector<int, 3> v; // 3要素まで伸長できる ! // 要素の追加 v.push_back(3); v.push_back(1); v.push_back(4); // 4回目は、やってはいけない ! for (int x : v) { std::cout << x << std::endl; }
- 13. 標準以外のコンテナ 5/5 small_vector • 小さい要素数に特化したvector。 • 第2テンプレート引数で、事前にメモリ確保する要素数を指 定する。その要素数を超えたら再確保。 boost::container::small_vector<int, 3> v; // 3要素分を事前にメモリ確保 ! v.push_back(3); v.push_back(1); v.push_back(4); // ここまで、メモリの再確保なし ! for (int x : v) { std::cout << x << std::endl; }
- 14. 要素のデフォルト値を未初期化にする namespace cont = boost::container; ! // 要素数を3個で構築 cont::vector<int> v(3, cont::default_init); ! // 要素数を4に伸長する v.resize(4, cont::default_init); • vectorのresize()は、伸ばした分の要素を、値初期化する • 巨大な動的配列を作る際には、値初期化のコストが無視できなくなる • Boost.Containerのvectorは、要素を未初期化にする拡張を提供して いる
- 15. realloc機能に対応したアロケータ namespace cont = boost::container; cont::vector<int, cont::allocator<int, 2>> v; ! v.reserve(3); v.push_back(3); v.push_back(1); v.push_back(4); v.push_back(5); // メモリ領域を伸長する • vectorは、要素を伸長した際に、キャパシティを超えたら別な場所に、 より大きな領域を確保して要素を移動する。 • boost::container::allocator<T, 2>を使用すると、 realloc相当の機能で、いま確保しているメモリ領域を伸ばしてくれる。 • この機能は、dlmallocを改良して実装されている。 詳細は、Boost.勉強会 #15 札幌での、池田さんの発表を参照。
- 16. 例外送出のカスタマイズ • Boost.Containerは、例外送出について、いくつかのカスタマイズ方法を提供している • BOOST_NO_EXCEPTIONSをdefineする • 例外送出のところで、std::abort()を呼び出して異常終了する • BOOST_CONTAINER_USER_DEFINED_THROW_CALLBACKSをdefineする • 例外の送出方法を自分で決める • これによって、例外発生時に、ログやバックトレース等を埋め込める #define BOOST_CONTAINER_USER_DEFINED_THROW_CALLBACKS #include <boost/container/vector.hpp> ! namespace boost { namespace container { void throw_out_of_range(const char* str) // カスタマイズ用のハンドラ { output_log(str); // ログ出力 throw std::out_of_range(str); } }}
- 17. 連想コンテナの拡張オプション • Boost.Containerの順序付き連想コンテナは、 ツリー構造のオプションを指定できる。 using namespace boost::container; ! // AVL木を使用する using AvlTree = tree_assoc_options< tree_type<avl_tree> >::type; using AvlSet = set<int, std::less<>, AVLTree>; ! // スプレー木を使用する // 最近アクセスした要素に、高速にアクセスできる(償却対数時間) using SplayTree = tree_assoc_options< tree_type<splay_tree> >::type; using SplaySet = set<int, std::less<>, SplayTree>; ! // スケープゴート木を使用する // 挿入と削除が償却対数時間になる using ScapegoatTree = tree_assoc_options< tree_type<scapegoat_tree> >::type; using ScapegoatSet = set<int, std::less<>, ScapeGoatTree>;
- 18. そのほか • vector<bool>の特殊化はありません。設計ミスと言われて いる機能は、Boost.Containerでは採用していません。 • C++1zで採用予定の、「不完全型のサポート」が、 static_vectorとbasic_string以外に対して入っています。 • Boost.Interprocessと組み合わせることで、ファイルとの メモリマップができます。 オンメモリに乗らない巨大なデータを扱えます。