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C++ 之 over-eager evaluation 超前评估

2024-08-06 16:23:56   217人阅读

C++之超急评估

over-eager evaluation vs.eager evaluation vs. lazy evaluation

在前面已经提到了C++地懒惰求值：不要为你程序功能之外的任何事情付出任何代价。在你总是需要执行某种计算，但是该计算地结果并不总是被用到地时候，lazy evaluation 绝对可以提高你的程序的性能。但是当计算的结果总是被需要的时候，我们的 “未雨绸缪”却可以给程序的性能带来极大的提升。

PS： 至于eager evaluation便是 “走一步看一步”，如果当前需要这个结果，那么计算处该结果。无论后面是否会被用到。

over-eager evaluation

关于over－eager evaluation的用法，下面的几个简单并且常见的例子便是很好的解释：

STL 之 vector的增长方式

在STL中，vector的空间的增长方式是 eager evaluation的最好的例子，在当前空间的capacity满时，再添加元素时，我们分配的内存时当前内存的两倍，并不仅仅只是用来刚好装下当前的新元素。关于STL的vector的insert的源代码，便可以说明：

PS: 下述代码截自： http://blog.csdn.net/shoulinjun/article/details/23450597

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template<class T>  
void MyVector<T>::insert(iterator position, size_type n, const T& value)  
{  
  if(n <= end_of_storage - finish)  
  {/* enough memory */   
    if(n <= finish - position)  
    {  
      std::uninitialized_copy(finish-n, finish, finish);  
      std::copy(position, finish-n, position+n);  
      std::fill_n(position, n, value);  
    }  
    else  
    {   
      std::uninitialized_fill_n(finish, n - (finish - position), value);  
      std::uninitialized_copy(position, finish, position + n);  
      std::fill(position, finish, value);  
    }  
    finish += n;  
  }  
  else  
  {/* reallocate */  
    pointer new_start(NULL), new_finish(NULL);  
    size_type old_type = end_of_storage - start;   
    size_type new_size = old_type + std::max(old_type, n);  
    new_start = alloc.allocate(new_size);  
  
    // copy old vector to new vector  
    new_finish = std::uninitialized_copy(start, position, new_start);  
    std::uninitialized_fill_n(new_finish, n, value);  
    new_finish += n;  
    new_finish = std::uninitialized_copy(position, finish, new_finish);  
  
    alloc.deallocate(start, end_of_storage - start);  
  
    start = new_start;  
    finish = new_finish;  
    end_of_storage = new_start + new_size;  
  }  
}

Caching 技术

在读取磁盘上的文件时，我们可以预先读取一些放在内存，降低下一次读取到该区域的开销，根据程序执行的 “局部性原理”。

分期摊还，就是降低单次操作的时间复杂度。

维护流式数据的 min max avg 值：

维护一个数据结构保存当前已有数据的最大值或最小值或平均值，降低单次操作的时间复杂度（严格的讲，这里的时间复杂度指的是平均时间复杂度）。

以时间换空间的例子。

比如，要求维护一个返回最小值的栈，这就是典型的使用额外的数据结构来维护最小值，使得返回最小值的时间复杂度为O（1）。代码为 ：

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class Stack{
private:
	stack<int> elemStack;
	stack<int> minStack;
	int minElem;
public:
	Stack(){minElem=INT_MAX;}
	int getMin();
	void Push(int val);
	void Pop();
};
int Stack::getMin()
{
	if (minStack.empty())
	{
		cout << "Stack is empty..." << endl;
		return INT_MIN;
	}
	else
	{
		return minStack.top();
	}
}
void Stack::Push(int val)
{
	if (elemStack.empty())
	{
		elemStack.push(val);
		minStack.push(val);
	}
	else
	{
		elemStack.push(val);
		if (val < minStack.top())
		{
			minStack.push(val);
		}
		else
		{
			minStack.push(minStack.top());
		}
	}
}
void Stack::Pop()
{
	if (elemStack.empty())
	{
		cout << "Stack is empty..." << endl;
		return;
	}
	elemStack.pop();
	minStack.pop();
}

Final words:

  1. 如果你预期程序常常需要某个运算，那么你可以“未雨绸缪”，使用数据结构（如上面的Cache以及min stack）降低该操作的单次时间复杂度。从而提高整个程序的运行效率。
  2. 这里的over－eager evaluation与lazy evaluation并不矛盾，前者是为某些一定会做的操作未雨绸缪；后者时绝不为不必要的操作付出额外的代价。

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