C++實(shí)現(xiàn)的泛型List類(lèi)分享
額,不要說(shuō)我三心二意:一邊在看.NET和CLR的原理、一邊在看JavaScript、一邊在看Java;有時(shí)看算法有時(shí)看Unity、Hibernate;有時(shí)看Hadoop有時(shí)看Redis;現(xiàn)在又開(kāi)始看C++了。
以前覺(jué)得無(wú)論什么語(yǔ)言嘛,其實(shí)都差不多,核心思想基本一致?,F(xiàn)在又不這么想了,其實(shí)語(yǔ)言的選擇對(duì)軟件的性能、可靠性、開(kāi)發(fā)成本之類(lèi)的關(guān)系很大,所以覺(jué)得還是要多接觸一些比較核心的東西——那么自然是C++了。以前在學(xué)校學(xué)的C++完全是醬油,太水了基本沒(méi)啥用,用來(lái)用去和C差不多,所以現(xiàn)在要自己學(xué)啦。
廢話不說(shuō)了,第一個(gè)任務(wù)就是山寨.NET類(lèi)庫(kù)里面的List<T>泛型類(lèi),還偷看過(guò)它的源代碼。那么現(xiàn)在就開(kāi)始用C++進(jìn)行“山寨”吧。(所以這個(gè)類(lèi)的名字就是ListSZ,SZ=山寨,不是“單維零下標(biāo)”數(shù)組。)
當(dāng)然剛?cè)胧诌€是碰了不少釘子,最主要的是模版的實(shí)現(xiàn)為啥不支持放在cpp里?。扛愕梦艺垓v了老半天。(感謝KC提供技術(shù)支持,所以KC要趕快請(qǐng)我吃飯)
主要實(shí)現(xiàn)了如下功能:
1.自動(dòng)擴(kuò)容(直接抄的List的實(shí)現(xiàn)方式,容量不夠時(shí)翻倍,但I(xiàn)nsertRange的時(shí)候除外);
2.Add添加到末尾,AddRange在末尾添加多個(gè),Insert在中間插入一個(gè)或多個(gè);
3.Remove刪除最后一個(gè)或其中一個(gè),RemoveRange刪除其中一片。
MakeRoom是在中間生成一片空的區(qū)域,原來(lái)的元素全往后移。EnsureCapacity在容量不夠時(shí)擴(kuò)容……
直接貼代碼:
#include <stdexcept>
#include "stdafx.h"
#include <algorithm>
#pragma once
template <typename T> class ListSZ
{
private:
T* _mArray;
int _capacity;
int _elementCount;
const int DEFAULT_CAPACITY = 8;
void EnsureCapacity(int newCount)
{
if ((__int64) _elementCount + newCount >= INT_MAX)
throw std::out_of_range("ListSZ supports up to 2^31 - 1 elements.");
//If _elementCount = _capacity - 1, the buffer is full
if (_elementCount + newCount > _capacity)
{
int new_capacity = _capacity >= INT_MAX / 2 ? INT_MAX : _capacity << 1;
if (new_capacity < _elementCount + newCount)
new_capacity = std::min((__int64) INT_MAX, (__int64) (_elementCount + newCount) << 1);
/*if (new_capacity < _elementCount + newCount)
new_capacity = ((__int64) (_elementCount + newCount) << 1) >= INT_MAX ? INT_MAX, (_elementCount + newCount) << 1;
*/
T* new_buffer = new T[new_capacity];
memcpy(new_buffer, _mArray, sizeof(T) * _elementCount);
delete [] _mArray;
_mArray = new_buffer;
_capacity = new_capacity;
}
}
void MakeRoom(int index, int count)
{
if (index >= _elementCount - 1) return;
EnsureCapacity(count);
int move_count = _elementCount - index;
memmove(_mArray + index + count, _mArray + index, move_count * sizeof(T));
memset(_mArray + index, 0, count * sizeof(T));
}
public:
ListSZ() : ListSZ(DEFAULT_CAPACITY){};
ListSZ(int capacity)
{
if (capacity <= 0)
throw std::invalid_argument("The capacity of the list cannot be less than 1.");
_capacity = capacity;
_mArray = new T[_capacity];
//_mArray = (T*) malloc(sizeof(T) * _capacity);
memset(_mArray, 0, _capacity * sizeof(T));
}
ListSZ(const T* source, int elementCount) : ListSZ(elementCount)
{
Insert(source, 0, elementCount, 0);
}
~ListSZ()
{
delete [] _mArray;
}
T GetElement(int index)
{
if (index < 0 || index >= _elementCount)
throw std::invalid_argument("The index is outsize of the boundary of list.");
return *(_mArray + index);
}
void Add(T value)
{
EnsureCapacity(1);
*(_mArray + _elementCount) = value;
_elementCount++;
}
void AddRange(T* source, int count)
{
Insert(source, 0, count, _elementCount);
}
void Insert(T value, int index)
{
if (index < 0 || index >= _elementCount)
throw std::invalid_argument("The index is outsize of the boundary of list.");
MakeRoom(index, 1);
*(_mArray + index) = value;
_elementCount++;
}
void Insert(const T* source, int elementCount, int insertIndex)
{
Insert(source, 0, elementCount, insertIndex);
}
void Insert(const T* source, int startIndex, int count, int insertIndex)
{
if (count <= 0)
throw std::invalid_argument("The count of elements to be inserted cannot less than 1.");
if (insertIndex < 0 || insertIndex > _elementCount)
throw std::invalid_argument("The target index is outside of the boundary of list.");
EnsureCapacity(_elementCount + count);
MakeRoom(insertIndex, count);
memcpy(_mArray + insertIndex, source + startIndex, count * sizeof(T));
_elementCount += count;
}
T Remove()
{
if (_elementCount > 0)
{
_elementCount--;
return *(_mArray + _elementCount);
}
return NULL;
}
T Remove(int index)
{
if (index < 0 || index >= _elementCount)
throw std::invalid_argument("The index is outsize of the boundary of list.");
T ret_value = *(_mArray + index);
RemoveRange(index, 1);
return ret_value;
}
void RemoveRange(int startIndex, int count)
{
if (count <= 0)
throw std::invalid_argument("The removing count must greater than 0.");
if (startIndex < 0 || startIndex + count >= _elementCount)
throw std::invalid_argument("The arguments are removing elements outsize the boundary of the list.");
memmove(_mArray + startIndex, _mArray + startIndex + count, (_elementCount - startIndex - count) * sizeof(T));
_elementCount -= count;
}
inline int Count() { return _elementCount; }
};
作為剛?cè)胧謱?xiě)的東西算是不錯(cuò)了。當(dāng)然不能忘記了我比較關(guān)心的性能問(wèn)題,于是做了如下測(cè)試(都是在release環(huán)境下,且是第二次運(yùn)行保證不會(huì)被JIT編譯):
1.添加500萬(wàn)個(gè)元素到列表里,C#的類(lèi)庫(kù)耗時(shí)86毫秒,C++的vector庫(kù)耗時(shí)64毫秒,山寨類(lèi)(就是我寫(xiě)的類(lèi))耗時(shí)81毫秒。看起來(lái)都差不多,因?yàn)閿U(kuò)容的時(shí)候似乎都是把原來(lái)的東西復(fù)制到新的地方去。
2.在表頭插入500個(gè)元素(在原有500萬(wàn)個(gè)元素的基礎(chǔ)上),C#的類(lèi)庫(kù)和山寨類(lèi)都基本上耗時(shí)4秒左右。vector類(lèi)沒(méi)測(cè)試,估計(jì)也差不多。
可以看到,經(jīng)過(guò)M$手的.NET類(lèi)庫(kù)的性能是很高的,基本上接近C++的原生庫(kù)了。至于為什么,List類(lèi)大量用到了Array.Copy方法,這個(gè)方法就是:
[MethodImpl(MethodImplOptions.InternalCall), ReliabilityContract(Consistency.MayCorruptInstance, Cer.MayFail), SecurityCritical] internal static extern void Copy(Array sourceArray, int sourceIndex, Array destinationArray, int destinationIndex, int length, bool reliable);
這個(gè)InternalCall和Native Code一樣,都是C++寫(xiě)的,因此性能差不多。
所以說(shuō).NET的程序不一定比C++的慢(當(dāng)然疊加了各種功能,甚至濫用了各種特性導(dǎo)致性能變低的除外),如果設(shè)計(jì)得好的話完全可以放心地用。
最后要說(shuō)一句,在特定環(huán)境下.NET的程序甚至比C++寫(xiě)的程序更快,因?yàn)镴IT會(huì)根據(jù)運(yùn)行平臺(tái)(比如CPU的架構(gòu)類(lèi)型等)生成對(duì)應(yīng)的Native Code,而編譯式的程序就沒(méi)有這個(gè)優(yōu)勢(shì),除非是針對(duì)了特定的平臺(tái)做過(guò)優(yōu)化,否則為了兼容各平臺(tái)只能選用最小的指令集。
無(wú)論如何,作為山寨的這個(gè)類(lèi)我認(rèn)為還不錯(cuò)(不過(guò)不論從風(fēng)格上還是其他方面貌似我還是.NET的風(fēng)格),以后在學(xué)習(xí)C++的時(shí)候不斷適應(yīng)吧。
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