​​Loop unrolling. Быстрая обработка хвостов
#новичкам

В прошлый раз мы пришли к важной мысли: нам нужно обрабатывать хвосты развернутых циклов и делать это быстро.

В С++ коде пока непонятно, как это сделать. Но в ассемблере есть довольно старая техника для этого.

Возьмем С++ код:

void output_squares(size_t count, size_t *output) {
  for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
    *output++ = i * i;
  }
}

В целом, мы хотим, чтобы хвосты обрабатывались примерно так:

#include <cstddef>

void output_squares(size_t count, size_t *output) {
    size_t i = 0;
    size_t remainder = count % 4;

    // Эта часть назвается пролог
    if (remainder == 3) {
        output[2] = 2 * 2;
        output[1] = 1 * 1;
        output[0] = 0 * 0;
        i = 3;
    } else if (remainder == 2) {
        output[1] = 1 * 1;
        output[0] = 0 * 0;
        i = 2;
    } else if (remainder == 1) {
        output[0] = 0 * 0;
        i = 1;
    }

    for (; i < count; i += 4) {
        output[i]     =  i * i;
        output[i + 1] = (i + 1) * (i + 1);
        output[i + 2] = (i + 2) * (i + 2);
        output[i + 3] = (i + 3) * (i + 3);
    }
}

Только без кучи повторяющегося кода, количество которого будет только увеличиваться с увеличением фактора разворачивания цикла.

Идея: на месте пролога напишем 4 инструкции присваивания, а между ними поставим метки. В начале мы узнаем остаток и прыгаем на нужную метку. После чего раз за разом проваливаемся в следующую метку и в итоге в развернутый цикл. То есть в начале обрабатываем хвост правильного размера с помощью меток, а потом уже попадаем в основной цикл. В переводе на С++ это выглядит так:

void output_squares(size_t count, size_t *output) {
    size_t i = 0;
    size_t r = count % 4;

    switch (r) {
        case 3: goto rest3;
        case 2: goto rest2;
        case 1: goto rest1;
        default: goto main_loop;
    }

rest3:
    output[i] = i * i; ++i;
rest2:
    output[i] = i * i; ++i;
rest1:
    output[i] = i * i; ++i;

main_loop:
    for (; i < count; i += 4) {
        output[i]     = i * i;
        output[i + 1] = (i + 1) * (i + 1);
        output[i + 2] = (i + 2) * (i + 2);
        output[i + 3] = (i + 3) * (i + 3);
    }
}

Выглядит адски: свитч, какие-то метки, на которых одинаковый код, goto. За такое сразу бы запретили человеку коммитить код, только документацию писать отныне и навсегда. Поэтому никто так не пишет.

Зато эту лапшу можно спрятать в скомпилированном ассемблере, который вряд ли кто-то будет читать. Компилятор превращает исходный С++ код из начала поста в ассемблер примерно такого же вида, как последний сниппет. Вот примерчик на годболте как это выглядит в оригинале.

Hide your impurities deep. Stay cool.

#performance #compiler

​​Loop unrolling. Duff's device
#опытным

Если у вас чуть подвытекали глаза, когда вы увидели в прошлом посте эту схему со свитчами и гоуту, то сегодня они вытекут окончательно.

Если приглядеться в механику этого кода

switch (r) {
    case 3: goto rest3;
    case 2: goto rest2;
    case 1: goto rest1;
    default: goto main_loop;
}

rest3:
    output[i] = i * i; ++i;
rest2:
    output[i] = i * i; ++i;
rest1:
    output[i] = i * i; ++i;

main_loop:
    for (; i < count; i += 4) {
        output[i]     = i * i;
        output[i + 1] = (i + 1) * (i + 1);
        output[i + 2] = (i + 2) * (i + 2);
        output[i + 3] = (i + 3) * (i + 3);
    }

То можно заметить одну вещь. Мы используем возможность беспретятственного прохождения исполнения сквозь метки при этом имеем возможность воткнуться в любой момент времени, перейдя по нужной метке.

Но эта механика же полностью закрывается функциональностью switch. Код может проходить от кейса к кейсу, пока не встретит break и изначально можно перейти в любой из кейсов.

Давайте сделаем трах-тебедох и представим код в другом виде:

if (count == 0) return;
size_t i = 0;
size_t n = (count + 3) / 4;
switch (count % 4) {
    case 0:
        do {
            output[i] = i * i; i++;
    case 3:
            output[i] = i * i; i++;
    case 2:
            output[i] = i * i; i++;
    case 1:
            output[i] = i * i; i++;
        } while (--n > 0);
}

Как это работает

👉🏿 n – число полных итераций развёрнутого цикла, необходимых для обработки всех элементов (с учётом возможного неполного первого прохода).

👉🏿 switch (count % 4) выбирает точку входа в тело цикла do-while в зависимости от остатка. При остатке 0 начинаем с начала (полная итерация), при остатке 3 – с третьей операции и т.д.

👉🏿 Тело цикла содержит четыре одинаковых операции (вычисление квадрата и сдвиг индекса), размеченных метками case. За счёт проваливания (fall-through) первая (неполная) итерация выполняет ровно столько операций, сколько нужно для обработки хвоста, а все последующие итерации – по четыре операции.

👉🏿 Цикл продолжается, пока --n > 0, что гарантирует обработку всех элементов.

Первым такую особенность заметил мисье Том Дафф. В тот момент он работал в Lucasfilm и пытался оптимизировать копирование данных в memory-mapped регистр для анимации реального времени. Ему нужно было развернуть цикл для скорости, но была проблема — количество итераций не всегда кратно размеру развёртки.

Он вдохновился приемами из ассемблера и написал на языке K&R С(одна из ранних версий С, до стандартизации) вот такую конструкцию:

send(to, from, count)
register short *to, *from;
register count;
{
    // Begin of the function
    register n = (count + 7) / 8;
    switch (count % 8) {
    case 0: do { *to = *from++;
    case 7:      *to = *from++;
    case 6:      *to = *from++;
    case 5:      *to = *from++;
    case 4:      *to = *from++;
    case 3:      *to = *from++;
    case 2:      *to = *from++;
    case 1:      *to = *from++;
            } while (--n > 0);
    }
}

Функция send - это такой аналог memcpy, до внедрения в стандарт этой функции. Идея такая же: прыгаем в середину свитча для обработки остатка, а дальше крутимся в развернутом while, пока не скопируем все элементы.

С тех пор код такого вида называется Duff's device или устройство Даффа.

В 80-е техника давала буст производительности хоть и вызывала вопросы к читаемости кода и в целом к средствам языка, которые предоставляют такие возможности.

Но в современном мире не стоит даже и пытаться нечто такое написать в проде.Компиляторы cами отлично разворачивают циклы, часто лучше, чем ручная оптимизация.

И вообще перед применением любой оптимизации кода следует выполнить его бенчмаркинг или изучить сгенерированный компилятором вывод, чтобы убедиться, что код работает ожидаемым образом на целевой архитектуре, уровне оптимизации и компиляторе.

Тем не менее Duff's device остался в истории как пример вырвиглазной эксплуатации тонкостей языка в гонке за производительностью.

Be relevant. Stay cool.

#compiler #optimization #performance

​​Loop unrolling. pragma unroll
#опытным

Компилятор конечно умный и сам умеет разворачивать циклы. Но делает он это не во всех случаях. Когда-то уровень оптимизации не позволяет(агрессивная развертка делается на O3) или количество итераций цикла неизвестно.

Если же вы хотите вручную контролировать развертку, но не писать код развертки руками - для вас есть один вариант. Это #pragma unroll.

Правда, есть загвоздка. Стандартного синтаксиса этой директивы не существует, для каждого компилятора чуть свой синтаксис:

-👉🏿GCC и Clang: Используется #pragma GCC unroll Для Clang существует более детализированный синтаксис #pragma clang loop unroll.

👉🏿 MSVC (Microsoft Visual C++): здесь все, как не у всех: в msvc нет прямого аналога директивы #pragma unroll. Есть #pragma loop, но она контролирует скорее автовекторизацию, чем развертку.

👉🏿 Intel и NVIDIA компиляторы: Используют #pragma unroll.

👉🏿 ARM компилятор: Поддерживает #pragma unroll.

Раз у всех все свое, то в примерах будет использовать некую усредненную версию.

По сути есть 2 возможных варианта использования директивы:

🙈 Полная развертка

#pragma unroll
for (int i = 0; i < 12; ++i) {
    p1[i] += p2[i] * 2;
}

В этом случае компилятор обязан знать число итераций цикла, чтобы полностью его развернуть.

Плюс чем больше итераций, тем сильнее распухает код бинаря.

Поэтому в данном виде директива встречается не так часто.

☃️ Частичная развертка

Это именно та история, которую мы обсуждаем всю серию статей. #pragma unroll N позволяет развернуть цикл так, чтобы за одну итерацию тело цикла выполнялось N раз.

#pragma GCC unroll 4
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
    sum += arr[i];
}

Как прагма работает?

1️⃣ Препроцессор оставляет #pragma unroll после препроцессинга в единице трансляции для того, чтобы компилятор смог ее учесть.

2️⃣ На этапе семантического анализа компилятор встречает #pragma unroll и связывает его со следующим за ним циклом.

3️⃣ Специальная сущность в компиляторе, отвечающая за развертку циклов, слушает и повинуется прагме и делает столько операций в цикле, сколько сказал разработчик. Плюс добавляет обработку хвоста.

Здесь можно посмотреть примерчики с gcc-шной версией прагмы.

Напомню, что компилятор сам хорошо умеет оптимизировать циклы, особенно на O3. Используйте прагму только тогда, когда вы сами ручками проверили, что компилятор в вашем случае бессилен или делает что-то неправильно.

Плюс обязательно делайте перфоманс тестирование, чтобы выявить действительно лучший по производительности вариант.

Measure your performance. Stay cool.

#compiler #optimization #performance

Сколько раз можно разыменовать лямбду?
#опытным

Давайте для начала поговорим о том, сколько раз можно разыменовать указатель?

Зависит от того, какой указатель мы имеем ввиду.

Тип int* можно разыменовать всего один раз. Получившийся объект после разыменования будет lvalue int, для которого отсутствует перегрузка operator*:

int i = 5;
int * p = &i;
std::cout << **p << std::endl; // error: indirection requires pointer operand ('int' invalid)

Но мы конечно же можем определить указатель на указатель и добиваться очень глубоких уровней индирекции. Однако мы все равно сможем разыменовать такой указатель ровно по количеству этих уровней, не больше:

int i = 5;
int * p = &i;
int ** p1 = &p;
std::cout << **p1 << std::endl; // OK
std::cout << ***p1 << std::endl; // Error

Сколько же раз можно разыменовывать лямбду?

Так стоп. Как в лямбде можно применять оператор?

Лямбда без захвата неявно кастится к указателю на функцию. А указатель можно разыменовывать.

Так сколько?

Бесконечно

#include <iostream>

int main() {
    auto ret = *****************************************[]{ return 23; };
    std::cout << ret() << std::endl;
}

Чисто технически мы конечно ограничены количеством атомов во вселенной или, что более реально, возможностями компилятора обрабатывать длиннющие тексты программ. Но формальных ограничений нет.

#ЧЗХ?

Давайте подумаем, что происходит при разыменовании лямбды. Она приводится к указателю на функцию, оператор применяется и результатом мы получаем lvalue функции(саму функцию, а не указатель). Тип этого выражения – int().

А функции у нас что любят делать? Правильно, неявно преобразовываться к указателю на саму себя.

Поэтому можем применить оператор еще разик.

А потом еще и еще. И еще, и еще, и еще, и еще... Ну вы поняли.

В любом случае ret по итогам того же неявного преобразования будет иметь тип указателя на фукнцию:

static_assert(std::is_same_v<decltype(ret), int(*)()>);

По тем же рассуждениям, кстати, любой указатель на функцию тоже можно бесконечно разыменовать.

Спасибо, @Ivaneo, за любезно предоставленный примерчик.

Be limited only by your imagination. Stay cool.

#cppcore

Loop unrolling. Simd
#опытным

У современных процессоров есть возможность выполнять операции над несколькими значениями одновременно. Достигается это с помощью векторных регистров - специальных длинных регистров процессора, куда могут помещаться 128 бит (SSE), 256 бит (AVX), 512 бит (AVX-512) данных. Например в 256-битном регистре помещается 4 double, 8 float, 16 short, 32 char.

После того, как мы загрузили данные в регистры, мы можем с помощью специальных инструкций(Single Instruction Multiple Data - SIMD) обрабатывать разом все значения в регистре.

Например есть такой незамысловатый код:

for (int i = 0; i < 1024; ++i) {
    arr[i] += 5;
}

Здесь мы по очереди увеличиваем элементы массива.

Но их можно увеличивать сразу пачками с помощью SIMD интринсиков компилятора:

__m128i five = _mm_set1_epi32(5);

for (int i = 0; i < 1024; i += 4) {
    __m128i data = _mm_loadu_si128((__m128i*)&arr[i]);
    data = _mm_add_epi32(data, five);
    _mm_storeu_si128((__m128i*)&arr[i], data);
}

Векторные регистры работают только друг с другом, поэтому в начале помещаем число 5 в каждую 32-битную ячейку в 128-битном регистре. А потом загружаете элементы массива в другой регистр, одной операцией складываете 4 интовых значения и затем выгружаете получившиеся числа обратно в массив.

Эту ситуацию называют по-разному - и векторизация цикла и развертка цикла с использованием векторных инструкций. Количество итераций в цикле мы все равно снизили.

Вот примерчик чуть по-сложнее - полноценная функция, суммирующая 2 float массива переменной длины:

void sum_arrays_sse(const float* a, const float* b, float* c, size_t n) {
    size_t i = 0;
    for (; i + 3 < n; i += 4) {
        // Load 4 floats from a and b
        __m128 va = _mm_loadu_ps(&a[i]);
        __m128 vb = _mm_loadu_ps(&b[i]);
        // Add them all
        __m128 vc = _mm_add_ps(va, vb);
        // Store results
        _mm_storeu_ps(&c[i], vc);
    }
    // Handle tail
    for (; i < n; ++i) {
        c[i] = a[i] + b[i];
    }
}

Опять же. Важно понимать, что компилятор за вас может такие простые вычисления векторизировать в том числе и с simd инструкциями. Поэтому самостоятельно используйте их только там, где компилятор бессилен.

Зато в подходящей для применения simd нетривиальной задаче вы можете получить ускорение в 2-10 раз по сравнению с ванильной версией алгоритма. Когда-то давно я работал в Intel перформанс библиотеках, так там почти все алгоритмы ускорялись интринсиками. И в отдельных случаях ускорение было на порядок(например алгоритмы блочных шифров).

Поэтому SIMD - это мощная штука. Но применять их надо применять с умом. И всегда мерять производительность кода бэнчмарками, чтобы не наоптимизировать чего лишнего.

Learn to do things simultaneously. Stay cool.

#compiler #optimization #performance

Loop unrolling. Мануально
#опытным

Мы можем конечно и сами разворачивать циклы, но код будет повторяться и от этого потенциально много проблем будет.

Ну хорошо, у нас есть все инструменты, чтобы явно не повторять код. Например вот так:

template <typename F, std::size_t... Is>
void repeat_unrolled_impl(F&& f, std::index_sequence<Is...>)
{
    ((f(), void(Is)), ...);
}

template <std::size_t Iterations, typename F>
void repeat_unrolled(F&& f)
{
    repeat_unrolled_impl(std::forward<F>(f), 
                         std::make_index_sequence<Iterations>{});
}

volatile int i = 0;

int main()
{
    repeat_unrolled<6>([&]{ ++i; });
}

Определяем парочку шаблонных функций, которые с помощью std::index_sequence и fold expression полностью изничтожают цикл и просто подряд вызывают функтор столько раз, сколько вы указали в шаблонном параметре repeat_unrolled.

Асм можете посмотреть тут. Здесь конечно есть одна хитрость с volatile, чтобы компилятор не соптимизировал наши тривиальные вычисления, но тем не менее.

Хотите частичную развертку? Да пожалуйста:

template <typename F, std::size_t... Offsets>
void call_with_offsets(F&& f, std::index_sequence<Offsets...>) {
    ((f(), void(Offsets)), ...);
}

template <std::size_t Iterations, std::size_t UnrollFactor, typename F>
void partial_unroll(F&& f) {
    constexpr std::size_t full_blocks = Iterations / UnrollFactor;
    constexpr std::size_t remainder   = Iterations % UnrollFactor;

    for (std::size_t block = 0; block < full_blocks; ++block) {
        call_with_offsets(std::forward<F>(f),
                          std::make_index_sequence<UnrollFactor>{});
    }

    for (std::size_t i = 0; i < remainder; ++i) {
        f();
    }
}

volatile int counter = 0;

int main() {
    partial_unroll<101, 4>([&]{ ++counter; });
}

Приемы используются те же, развертку тоже можете сами увидеть.

Зачем этот пост? Да просто наткнулся на такой код при подготовке к этой серии статей. Удивился, что в нескольких источниках упоминается такой способ и решил поделиться. Не знаю на счет применимости такого кода, выглядит сомнительно и не во всех ситуациях подойдет.

Но по крайней мере где-нибудь на собеседовании можно задать такую задачку на шаблоны. И прикладной смысл понятен и не особо сложно как будто бы.

Use templates in the right place. Stay cool.

#template #interview

​​Loop unrolling. Compiler
#новичкам

В прошлых постах я часто писал, что компилятор сам умеет сносно разворачивать циклы. Но это конечно оптимизация и надо знать, как ее включать. Можно конечно и прагмами, но это уже специальные подсказки в коде. Но как заставить компилятор разворачивать циклы, не трогая сам код?

Будем обсуждать все на примере gcc.

Ну и для начала: базово без оптимизаций компилятор просто генерирует код слово в слово.

int sum(std::span<int> ints) {
    int sum = 0;
    for (auto value : ints)
        sum += value;
    return sum;
}

В ассемблере, сгенеренном на -O0, здесь будут вызовы итераторов, честные проверки и тд

Хоть какие-то циклы компилятор начинает разворачивать на -O2. И далеко не во всех случаях. Например для сниппета выше он очень хорошо упростит код цикла, но все еще развертки не будет.

Но если спан будет фиксированного размера(да, такой есть), кратного 2-м или 4-м:

int sum(std::span<int, 20> ints) {
    int sum = 0;
    for (auto value : ints)
        sum += value;
    return sum;
}

То компилятор развернет цикл c фактором 4 и дополнительно оптимизирует 4 сложения с использованием sse векторных инструкций и xmm регистров:

sum(std::span<int, 20ul>):
        lea     rax, [rdi+80]
        pxor    xmm0, xmm0
.L2:
        movdqu  xmm2, XMMWORD PTR [rdi]
        add     rdi, 16
        paddd   xmm0, xmm2
        cmp     rax, rdi
        jne     .L2
        movdqa  xmm1, xmm0
        psrldq  xmm1, 8
        paddd   xmm0, xmm1
        movdqa  xmm1, xmm0
        psrldq  xmm1, 4
        paddd   xmm0, xmm1
        movd    eax, xmm0
        ret

Однако, поменяв размер 20 на 19, то векторизация сломается.

Итого: на О2 gcc разворачивает циклы с фиксированным, кратным 2-м, числом итераций.

Тепер -O3. Здесь уже могут разворачиваться циклы с неизвестным числом итераций. Обязательно добавляется обработка хвоста и, при возможности, цикл векторизуется. Если число итераций известно, то цикл может быть полностью развернут. Вот примерчики на годболте. На этом уровне компилятор руководствуется сложными эвристиками, которые позволяют ему оценивать, будет ли в конкретном случае буст от развертки или нет.

Ну это базовые флаги оптимизации. Есть и специальные, конкретно под развертку.

-funroll-loops - позволяет разворачивать все циклы, количество итераций которых может быть определено во время компиляции. Если цикл маленький, он развернется полностью и цикла вообще не останется. Цитата из документации gcc: This option makes code larger, and may or may not make it run faster.

-funroll-all-loops - разворачиваем все, что может быть развернуто, нас ничего не остановит. Цитата из доки: This usually makes programs run more slowly.

В общем-то ничего нового: не нужно тупо делать вещи, которые в теории что-то делают быстрее. Профилируйте, возможно стоит просто положиться на компилятор и будет вам счастье.

Don't follow the rules blindly. Stay cool.

#compiler #optimization #performance

​​Процесс и поток. Суть
#новичкам

Один из самых популярных вопросов на собесах "в чем отличия потоков и процессов?". Новичков он осаживает, потому что они изучали, как писать код, а не нюансы работы операционной системы и всех этих подкапотных дел. Плюс оба понятия как будто подразумевают какую-то движуху. Но какую?

Погуляв по сети при подготовке к этой серии постов, я ужаснулся количеству путаницы, непонятицы, противоречивицы в "объяснениях" этой темы на русском языке. Надеюсь, что у меня получится лучше, поэтому буду рад фитбэку от новичков касательно понятности изложения.

Сейчас не будем вдаваться в детали работы этих сущностей(это в будущем). Сейчас важно просто понять их суть и как они взаимодействуют между собой.

Любая запущенная программа - это "процесс" с точки зрения ОС. По сути это некая сущность внутри компьютера, которая в себя инкапсулирует весь необходимый объем мероприятий, чтобы ваш бинарник мог в реальности что-то там рассчитывать.

Но сам процесс ничего не считает. Он как оболочка или контейнер, внутри которого происходят расчеты. Само же исполнение кода(расчеты) реализуется потоками.

Обратимся к аналогии для пущего понимания. Мы в ресторане, в котором есть кухня. Кухня, обеспечивающая едой сотни людей в день - это довольно большая и сложная хреновина, в которой много чего есть: само помещение, вентиляция, холодильники, печки, сковородки и тд. Все это нужно для того, чтобы вы поели том-ям.

Но кухня сама по себе не работает. Нужны повара, которые по технологической карте из правильных ингредиентов будут готовить еду. Используя инструментарий кухни, повара производят еду.

Так вот кухня - это процесс, а повара - потоки.

Процесс нужен для обеспечения исполнения, а потоки - это и есть исполнение.

На самом деле пожарить вам стейк или скрутить шаурму может и один человек. Он будет делать все сам, просто не такие большие объемы будут. Если нужно мастабироваться и разделять обязанности, то придется нанимать еще поваров.

Давайте резюмируем и проговорим несколько важных вещей:

👉🏿 Процесс — это экземпляр выполняющейся программы. Это сущность, предоставляющая инструменты для исполнения кода.

👉🏿 Поток - само исполнение кода. Если где-то выполняются инструкции кода, значит там есть поток исполнения.

👉🏿 У каждого ресторана своя площадь, с другими заведениями он местом не делится. Так и у процесса своё адресное пространство — там он царь и бог, но к чужой памяти у него нет доступа .

👉🏿 Повара на кухне свободно общаются и делят оборудование. *Потоки одного процесса легко обмениваются данными, так как используют одну и ту же память и ресурсы

👉🏿 Если повар ошибётся и сломает холодильник — вся колбаса может протухнуть, клиенты будут тесно дружить следующие пару дней с белым другом и писать жалобы на ресторан, что может его вообще обанкротить. Но эта протухшая колбаса никак не повлияет на кафешку рядышком за углом. Потоки могут сделать что-то нехорошее и досрочно завершить работу процесса с ошибкой. Но это никак не повлияет на работу других процессов.

Get to the essence. Stay cool.

#OS

​​Процесс и поток. Процесс
#новичкам

Сегодня поподробнее поговорим про процессы, зачем они нужны, какую роль играют и какой у них жизненный цикл. Но опять же в дебри лезть не будет, погрузимся только в важные моменты.

Процессы, как и все в этом мире, появилось в результате эволюции ОС и их подходов к управлению программами. Главный вызов - организация мультизадачности. Хочется, чтобы на одном компьютере могли исполняться множество программ.

Процесс - это абстракция ОС, предназначенная для удобного, безопасного и независимого исполнения кода различных программ на одном компьютере.

Пожалуй, самое важное здесь - процесс нужен для изоляции исполнения одной программы от исполнения другой. Изоляция достигается несколькими механизмами, обсудим самые важные:

⚡️ Механизм виртуальной памяти. У каждого процесса свое независимое ни от кого виртуальное пространство адресов. Все операции с памятью через ОС. Так она контролирует, чтобы один процесс не мог всякими неблагонадежными способами заполучить информацию из других процессов. Если он все-таки попытается что-то подобное сделать, то получит сигнал SIGSEGV.

У процессов конечно могут быть общие для доступа участки памяти(shared memory), но это делается явно и контролируемо.

⚡️Привилегии процессов. В современных ОС используется два уровня привилегии: режим ядра и пользовательский режим.  Код пользовательского процесса не может выполнять привилегированные инструкции и не имеет прямого доступа к аппаратуре. Системные вызовы — единственный канал для взаимодействия с ядром, и они строго контролируются. Грубо говоря, пользовательский процесс(а это все процессы прикладных приложений) физически не может сделать ничего плохого на уровне ОС и повлиять на работу других программ.

Про изоляцию мы поняли, за счет нее обеспечивается безопасность железа и других программ. Но у процесса есть еще набор ресурсов, с помощью которых он взаимодействует с внешним миром:

1️⃣ PID - айдишник процесса. Это уникальный номер, который ОС присваивает каждому процессу в момент его создания. PID используется для идентификации процесса: по нему можно отправить сигнал, получить информацию о процессе или управлять им.

2️⃣ Когда программе нужно открыть файл, установить сетевое соединение или создать объект синхронизации, она обращается к ОС. В ответ ОС выдаёт дескриптор — небольшой идентификатор, который становится «пропуском» для работы с этим ресурсом. Практически любой ресурс, принадлежащий процессу, может быть представлен дескриптором: файлы, сокеты, каналы, устройства, таймеры и тд.

3️⃣ Переменные окружения. Это именованные строковые значения, которые ОС передаёт каждому процессу при его запуске. Они описывают среду, в которой работает программа: где искать исполняемые файлы, где хранить временные данные. Секреты для приложения также часто передаются через переменные окружения.

4️⃣ Память. Хоть процесс распоряжается виртуальной памятью, она все равно маппится на физические адреса. В памяти процесса содержатся стеки потоков, куча, код самой программы.

Хоть процессы и изолированы, но если в одном из них утекает память или дескрипторы, страдают от этого все.

Теперь чуть-чуть-чуть про цикл жизни

В Unix-подобных системах процесс создаётся системным вызовом fork(). Он копирует текущий процесс в новый и ему присваивается свой уникальный PID. Оба процесса продолжают выполнение с инструкции, следующей сразу после вызова fork(). При этом в родительском потоке возвращается pid ребенка, а в ребенке возвращается 0:

int main() {
    pid_t pid = fork();

    if (pid == 0) {
        printf("Child: PID=%d, parent=%d\n", getpid(), getppid());
    } else if (pid > 0) {
        printf("Parent: PID=%d, child=%d\n", getpid(), pid);
    } else {
        perror("fork failed");
        return 1;
    }
    return 0;
}

Процесс может завершиться самостоятельно, вызвав системный вызов exit(), или быть принудительно убитым сигналом (SIGKILL, SIGSEGV и др.). При завершении ядро освобождает все занятые ресурсы процесса и удаляет информацию о нем в своих структурах.

#OS #goodoldc

​​Процесс и поток. Поток
#новичкам

Чтобы ввести термин "поток" надо очень верхнеуровнего понять, как вообще код исполняется на ядре.

У нас есть 2 важных компоненты, без которых ничего не возможно. Это память и CPU. CPU скармливаются данные из памяти, он их пережевывает и выплевывает другие данные, которые также записываются в память.

CPU нужны операнды и инструкция, что с ними делать.

Начнем с инструкций

У нас есть скомпилированная программа и она в том числе содержит непосредственно код программы. Грубо говоря, это полотно инструкций, которые одну за одной надо исполнить на CPU.

Машинный код программы хранится в памяти процесса и для него нужен какой-то механизм исполнения.

Чтобы отслеживать, какая инструкция будет выполняться следующей, нужен специальный Program Counter(PC) или счетчик инструкций. Процесс такой: CPU загружает инструкцию, на которую указывает PC, увеличивает счетчик, декодирует инструкцию, делает нужные преобразования над операндами, сохраняет результат и цикл повторяется снова.

Теперь операнды

Для операций процессор чаще всего берёт операнды из регистров общего назначения, куда они предварительно загружаются из памяти.

Из какой?

Из 3-х областей памяти: стека, кучи и сегмента глобальных данных. Куча и глобальные данные шарятся между потоками исполнения и принадлежат процессу.

А вот как раз стек и связан с непосредственным обеспечением исполнения кода в моменте. Он нужен для работы функций. Каждый фрейм стека соответствует одной вызванной, но ещё не завершённой функции. Как только в коде вызывается функция, на стек кладется информация о ней. В основном это локальные переменные и адрес возврата. Так информация об исполнении всех вызванных в данный момент функциях остается в памяти.

Есть 2 важных регистра, которые связаны со стеком. Это base pointer(указатель на начало блока самой последней вызванной функции) и stack pointer - указатель на вершину стека.

По итогу информация из памяти(стека, кучи и тд) загружается в регистры общего назначения, откуда ею может пользоваться сам процессор.

Вот это очень грубо то, как исполняется код на процессорах.

Но этот процесс описывает исполнение одной программы. А в современных компьютерах есть многозадачность аля множество программ могут выполняться на одном ядре. Как этого достигают?

На самом деле стек, значения счетчика инструкций и регистров полностью определяют состояние исполнения текущего кода. Оно называется контекстом. Если где-то сохранить это состояние, то можно загрузить PС и регистры из другого контекста и продолжить исполнение уже другой программы, а исполнение изначальной прервется. Потом, когда наступит нужный момент, исполнение изначальной программы продолжится также с помощью загрузки ее сохраненного состояния.

Так вот по сути поток - это минимальная единица исполнения кода, которой ОС выделяет кванты времени для работы. Она владеет своим стеком и характеризуется конкретными значениями счетчика инструкций и регистрами, которые составляют контекст потока. Переключение между потоками выполняет планировщик ядра, сохраняя контекст одного потока и загружая другой.

Поток в программе может быть один и может быть несколько.

Все потоки шарят между собой общую кучу, сегмент глобальных данных, код программы и прочие ресурсы процесса типа дескрипторов.

И да, стеки потоков одного процесса тоже располагаются в памяти этого процесса. Просто потоки не могут легальными способами получить доступ к стекам других потоков того же процесса, чтобы не нарушать инкапсуляцию данных. Поток пользуется данными либо из своего стека, либо из общей кучи, либо из общих глобальных объектов.

Ну и совсем коротко о том, как явно в программе создать поток.

В С++ это делается через объект std::thread.

void hello() {
    std::cout << "Hello thread!\n";
}

int main() {
    std::thread t(hello);
    t.join();
}

Ядро выделяет новый стек для потока, инициализирует его контекст так, чтобы выполнение началось с функции hello. После этого поток попадает в очередь планировщика и получает свой квант времени.

Share resources. Stay cool.

#OS #concurrency

Процесс и поток. Side‑by‑side
#новичкам

Мы разобрали, что процесс — это контейнер ресурсов, а поток — единица выполнения. Теперь давайте поставим их рядом и посмотрим, кто во что горазд. Будет еще немного новой информации, но подробности оставим за скобками.

👉🏿 Суть
Процесс - это окружения для выполнения программы. Поток - само исполнение.

👉🏿 Память
Каждый процесс имеет своё изолированное независимое виртуальное адресное пространство. В базе процесс не имеет доступа к данным другого процесса.

Все потоки одного процесса разделяют его память (кучу, глобальные переменные, код) и могут легко обращаться к одним и тем же данным.

👉🏿 Изоляция

Сбой одного процесса обычно не влияет на другие. ОС в базе запрещает одному процессу влезать в дела другого.

Сбой же в одном потоке (например, segmentation fault) убивает весь процесс. Потоки одного процесса легко обмениваются информацией

👉🏿 Создание и переключение

Процессы тяжело создавать(fork() копирует таблицы страниц, дескрипторы, структуры ядра) и переключать(требуется смена таблиц страниц)

Потоки же создавать легче: нужен только новый стек и небольшой блок управления(нужный например для сохранения контекста). Переключаются потоки сменой контекста aka подменой нескольких регистров.

👉🏿 Взаимодействие
Есть термин IPC - Inter Process Communication. Реализовывать межпроцессное взаимодействие можно с помощью пайпов, сокетов, shared memory, сигналов. Требует использования механизмов ядра.

С потоками чуть легче, они имеют доступ к одной и той же памяти. Только чтобы не нарваться на гонку данных, нужна синхронизация через мьютексы, атомики, барьеры.

👉🏿 Ресурсы
Процесс владеет всей своей памятью(кодом, кучей, сегментом глобальных данных), а также файловыми дескрипторами и переменными окружения.

Потоки же имеют доступ ко всем этим ресурсам + у них есть персональные стеки и набор регистров.

👉🏿 ID
У процесса есть PID, с помощью которого ОС идентифицирует процесс.

У каждого потока также есть свои айдишники - TID, и они принадлежат одному PID.

Как-то так. Надеюсь, что теперь у вас есть понимание, что вопрос о разнице между потоком и процессом почти эквивалентен вопросу о разнице головы и зубов. Это хоть и тесно связанные, но абсолютно разные понятия.

See the difference. Stay cool.

#OS

​​Конструктор и инвариант
#новичкам

У нас есть 2 варианта, как мы можем наполнять объект данными.

1️⃣ Делаем все поля публичными, не определяем ни одного конструктор и используем агрегатную инициализацию

struct Order {
    std::string client_id; 
    std::string item_id;
    float amount; 
};

Example ex = {"123", "1234", 42.0};

2️⃣ Делаем конструктор и заполняем приватные поля в нем

class Clock {
    int hour, minute;
public:
    Clock(int h, int m) : hour(h), minute(m) {
        ...
    }
};

auto cl = Clock(12, 34)

Как понять, какой вариант выбрать, когда в следующий раз придется писать новый класс? Будем разбираться

Для того, чтобы агрегатная инциализация была корректным способом создания объекта, должны быть выполнены некоторые условия:

👉🏿 Поля должны быть независимы друг от друга.

👉🏿 Поля должны иметь возможность представлять собой весь спектр значений своего типа.

👉🏿 Нет дополнительной логики, которая срабатывает на каждое создание объекта.

Эти 3 пункта гарантируют, что наш класс - это просто набор каких-то значений. Мы можем собрать этот набор частично, поменять содержимое по середине пути и ничего плохого не произойдет.

В противном же случае в вашем классе есть инвариант, который важно сохранять для каждого объекта.

Например, в объекте типа даты, который создается из строки, нужно проверять, валидная ли дата передана. В объекте типа математического интервала левый конец должен быть меньше либо равен правому. Или при создании какого-то объекта мы накручиваем счетчик из метрики.

И вот как раз для того, чтобы вся логика проверки и обеспечения инварианта объекта была внутри кода класса, а не в клиентском коде, нужно определять конструктор. Так детали реализации будут инкапсулированы внутрь класса. Это позволит абстрагироваться от них в клиентском коде и даже если логика инварианта изменится, то это никак не затронет внешний код.

class BufferView {
    const char* data;
    size_t size;
public:
    BufferView(const char* ptr, size_t len) : data(ptr), size(len) {
        if (size > 0 && data == nullptr) 
            throw std::runtime_error("BufferView error: nonzero size while data is nullptr");
    }
};

Странно было бы на пользователя возлагать ответственность за проверку соответствия размера и содержимого буфера. Они ведь такие безответственные.

Ну и в будущем, если мы захотим запретить вообще передавать в буффер nullptr, то это изменение коснется только кода класса.

Don't give details to a client. Stay cool.

#design #goodpractice

Дефолтный конструктор. Введение
#новичкам

Описание корректного интерфейса создания объекта - важная часть проектирования класса. Поэтому надо понимать нюансики работы с конструкторами, чтобы все правильно организовать.

Ну и конечно самый базовый и, потенциально, самый сложный с точки зрения языка - конструктор по-умолчанию.

class NoConstructor {
    int total;
public:
    void accumulate (int x) { total += x; }
};

Example ex;

Казалось бы, у Example вообще не определено ни одного конструктора. Но тем не менее объект успешно создался. Как так?

Дефолтный конструктор умеет за вас генерировать сам компилятор.

А почему бы и нет? Смотря со стороны даже вполне логично и понятно, что он должен делать: вызывать конструкторы по умолчанию для всех нестатических членов и базовых классов в порядке объявления. Если мне от дефолтного конструктора нужно только это, то я могу просто положиться на компилятор.

Таким образом конструктор по-умолчанию входит в число специальных методов классов, которые компилятор сам умеет генерить.

Однако, не все так просто.

Как только вы определите хотя бы один другой конструктор, компилятор перестанет генерить дефолтный:

class ParametrizedConstructor {
    int total;
public:
    ParametrizedConstructor(int initial_value) : total(initial_value) { };
    void accumulate (int x) { total += x; };
};
ParametrizedConstructor ex (100);   // ok
ParametrizedConstructor ex1;         // error: no default constructor

Оно и понятно: если вы не определяли никакой конструктор, значит вы довольны дефолтным поведением. Но как только вы сами определили конструктор, вы сказали компилятору, что дефолтное поведение вам не подходит и вы берете ответственность за способы создания объектов этого класса.

И компилятор не смеет перечить вашей задумке. Очень может быть, что вы хотите, чтобы Example2 создавался только через параметрический конструктор и больше никак. По сути, именно это и прописано сейчас в классе. Если бы компилятор неявно добавил конструктор по-умолчанию, то это нарушило бы контракт вашего класса.

Если вы все-таки хотите, чтобы у вас была возможность создать объект по-умолчанию, то вам явно нужно добавить конструктор без аргументов:

class ParametrizedAndDefaultConstructor {
    int total;
public:
    ParametrizedAndDefaultConstructor() = default; // или так
    ParametrizedAndDefaultConstructor() {} // или так
    ParametrizedAndDefaultConstructor(int initial_value) : total(initial_value) { };
    void accumulate (int x) { total += x; };
};
ParametrizedAndDefaultConstructor ex(100);   // ok
ParametrizedAndDefaultConstructor ex1;         // ok

ParametrizedAndDefaultConstructor() = default; - вы явно определяете конструктор по-умолчанию, но так же явно просите компилятор о том, чтобы его поведение было как если бы сам компилятор его генерировал.

ParametrizedAndDefaultConstructor() {/something/} - это вы уже самостоятельно определяете, какую дополнительную логику должен иметь этот конструктор. Он делает все то же самое, что и тривиальный, только вдобавок выполняется еще и то, что вы указали внутри фигурных скобок. Такой конструктор называется уже нетривиальным, даже если его тело в итоге оказалось пустым.

О том, какую роль 50 оттенков конструктора по-умолчанию при обращении с объектами классов, мы поговорим в следующем посте.

Don't be trivial. Stay cool.

#cppcore

Дефолтные конструкторы. Такие разные
#опытным

Существует 3 вида дефолтных конструкторов и важно понимать, в чем у них различия, чтобы разрешать нужную функциональность.

1️⃣ Тривиальный дефолтный конструктор

По сути задача дефолтного конструктора - вызывать у своих полей и подклассов дефолтный конструктор. А что если все поля класса имеют тривиальные типы?

struct Foo {
    int i;
    double d;
    char c;
};

На самом деле у всех тривиальных базовых типов в С++ есть конструктор по-умолчанию. Но он тривиальный. То есть ничего вообще не делает и никак не инициализирует объект.

И это свойство может передастся конструктору Foo. Если для такого типа дефолтный конструктор будет сгенерирован компилятором, то он тоже ничего делать не будет.

Конструктор по-умолчанию называется тривиальным, если:

👉🏿 У класса нет виртуальных методов.
👉🏿 Все базы класса имеют тривиальные конструкторы по-умолчанию.
👉🏿 Все поля класса имеют тривиальные конструкторы по-умолчанию.

Все типы, которые совместимы с С, обладают этим свойством. Если вам нужна такая совместимость, тривиальный конструктор по-умолчанию - это ваш бро.

2️⃣ Нетривиальный дефолтный конструктор, сгенерированный компилятором

Если ваш класс содержит поле, у которого есть нетривиальный конструктор, то вам скорее всего и не нужна С-совместимость. Но вы можете приобрести кое-что другое.

Предоставив компилятору честь сгенерировать конструктор, вы разрешаете инициализировать объект с помощью агрегатной инициализации:

struct Foo {
    // Foo() = default; так тоже можно
    int i;
    std::string s;
    std::vector<int> v;
};

Foo f = {42, "Hello World", {1, 2, 3}};

можете даже designated initialization воспользоваться:

Foo f = {.i = 42, .s = "Hello World", .v = {1, 2, 3}};

Там есть конечно еще несколько требований, но опустим их, чтобы не сбивать фокус.

3️⃣ Нетривиальный пользовательский конструктор по-умолчанию

Как только вы сами определили дефолтный конструктор, то вы сразу же попали в эту категорию. И лишились преимуществ, описанных выше. Даже если вы определили пустой конструктор, он все равно считается кастомным:

struct Foo {
    Foo() {};
    int i;
    std::string s;
    std::vector<int> v;
};

Foo f = {42, "Hello World", {1, 2, 3}}; // ERROR

Да, с инициализацией у С++ довольно сложные отношения, но много чего идет от наследия С и обратной совместимости.

Don't be trivial. Stay cool.

#cppcore

​​Дефолтный конструктор. Ограничения
#новичкам

Мы уже краем уха задевали эту тему, но сегодня поговорим основательно. Вот все причины, почему дефолтный конструктор не может неявно сгенерироваться компилятором:

1️⃣ У класса есть другие конструкторы

class ParametrizedConstructor {
    int total;
public:
    ParametrizedConstructor(int initial_value) : total(initial_value) { };
    void accumulate (int x) { total += x; };
};
Example2 ex (100);   // ok
Example2 ex1;         // error: no default constructor

Даже если вы сами определили copy/move конструктор руками, конструктор по-умолчанию неявно генерироваться не будет:

struct UserCopyConstructor
{
    UserCopyConstructor(const UserCopyConstructor&) {}
    // UserCopyConstructor::UserCopyConstructor() is implicitly defined as deleted
};

struct UserMoveConstructor
{
    UserMoveConstructor(UserMoveConstructor&&) = default;
    // UserMoveConstructor::UserMoveConstructor() is implicitly defined as deleted
};

2️⃣ В классе есть нестатическое поле-ссылка.

Ссылка обязательно должна быть инициализирована объектом, а это невозможно сделать, не имея объект.

struct HasReference {
    int& ref; // error: reference needs to be initialized
};

3️⃣ В классе есть нестатическое константное поле с тривиальным конструктором по-умолчанию. Тривиальные конструкторы по сути вообще ничего не делают, кроме как начинают лайфтайм объекта. То есть все поля заполняются мусором.

Но для константных объектов подразумевается наличие определенного постоянного значения. Мусорные значения не удовлетворяют этому требованию.

struct ConstTrivial {
    const int x; // int has a trivial default constructor, so cannot default construct an object
};

Тем не менее, компилятор спокойно может проглотить константный член с нетривиальным дефолтным конструктором. Считается, что такой конструктор корректно инициализирует объект:

struct ConstNonTrivial {
    const std::string s; // std::string has non-trivial constructor
};
ConstNonTrivial cnt; // OK, s is just empty string

4️⃣ Если какой-то член класса или базовый класс имеет недоступный (private) или удалённый (= delete) конструктор по умолчанию

struct NoDefault {
private:
    NoDefault() {} // private constructor
};
struct Derived : NoDefault {
    // Derived() is implicitly deleted 
};


struct DeletedDefault {
    DeletedDefault() = delete; // explicilty deleted
};
struct HasDeleted {
    DeletedDefault dd;
};
HasDeleted hd; // ERROR! dd has explicilty deleted default constructor

Если знаете еще способы, пишите в комментах.

Don't be trivial. Stay cool.

#cppcore

​​Потоки и линукс
#опытным

Описанное вот тут касательно процессов и поток в общем отражает концепцию того, что происходит в ОС, но детали реализации всего этого добра в разных ОС - разные.

И сегодня хочется поговорить об особенностях конкретно линукса.

В Linux нет потоков.

Нет системного вызова thread_create().

Никогда не было.

Когда вы вызываете pthread_create или конструктор std::thread, Linux не создаёт «поток». Он создаёт задачу.

Такую же задачу, как когда вызывается сискол fork. Отличие только в разделяемых ресурсах.

И ядро оперирует только этими задачами. Оно не разделяет потоки и процессы. Эти понятия описывают разные полюса одного понятия "задача".

Есть сискол, который создает дочернюю задачу - clone. Так вот параметры этого системного вызова и определяют ее дальнейшую судьбу.

Вызов clone без параметров поведенчески эквивалентен вызову fork: вы получаете новый полностью независимый процесс со своим виртуальным пространством, дескрипторами и тд. Но передайте в параметры набор флагов CLONE_VM | CLONE_FILES | CLONE_FS | CLONE_SIGHAND | CLONE_THREAD и получите процесс, который по своей сути POSIX поток, который шарит эти ресурсы со своей родительской задачей. Такие процессы называют легковесные процессы или LWP.

Повторюсь, единственное отличие - различный набор разделяемых ресурсов.

Кто хочет чуть подробнее про все это почитать - вот хорошая статейка. Правда вам будут нужны заветные 3 буквы.

Know the truth. Stay cool.

#OS #concurrency

​​Специальные методы классов
#новичкам

Помимо обычных методов, которые позволяют классу выполнить какую-то полезную работу, существуют методы, которые менеджерят самими объектами. Среди них выделяют так называемые "специальные" методы классов, которые компилятор неявно за вас сгенерирует. Давайте перечислим их и поясним, почему компилятор способен вообще для них написать код:

1️⃣ Конструктор по-умолчанию. Дефолтный конструктор без аргументов. Мы уже подробно разбирали его в предыдущих постах, останавливаться не будем.

Любые параметрические конструкторы не могут быть специальными методами классов, аля не могут быть сгенерированы компилятором, потому что он не знает, что в общем случае нужно делать с параметрами.

2️⃣ Деструктор. Он семантически разрушает объект. Забирает у него память, закрывает дескрипторы и соединения, высасывает жизнь, отбирает квартиру, машину, жену и собаку и передает это государству операционной системе.

Как так получается, что компилятор вообще способен сам сгенерировать код деструктора объекта, который владеет ресурсами?

Все благодаря RAII и способности деструктора вызывать деструкторы своих полей. Если в вашем классе Foo содержится std::vector или std::unique_ptr, вам не нужно задумываться о менеджменте памяти, авторы этих классов уже все придумали за вас. Вам нужно лишь вызывать их деструктор, что деструктор Foo делает автоматически.

using File = std::unique_ptr<FILE, decltype(&std::fclose)>;

struct Foo {
    std::vector<int> numbers;
    File file;
    // no explicit destructor ~Foo() {}
};

void foo() {
    Foo obj = {{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}, {std::fopen("example.txt", "r"), &std::fclose}};
} // destroy obj here

3️⃣ Копирующий конструктор
4️⃣ Перемещающий конструктор

Для этой пары конструкторов правило единое: самое простое решение для копирования/перемещения объекта - это просто скопировать/переместить все его поля в другой объект. Компилятор с этим вполне справится сам: вызовет пачку нужных конструкторов да и все.

Естественно, если хотя бы у одного поля вашего класса не будет копирующего/перемещающего конструктора, сам ваш класс потеряет возможность копироваться/перемещаться.

struct Foo {
    std::vector<int> numbers;
    // no explicit copy/move constructors
    // Foo(const Foo& other) {...}
    // Foo(Foo&& other) {...}
};

void foo() {
    Foo obj = {{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}};
    Foo copied_in_obj = obj; // copy obj
    Foo moved_in_obj = std::move(obj); // move from obj

5️⃣ Копирующий оператор присваивания
6️⃣ Перемещающий оператор присваивания

Это операторы, которые вызываются тогда, когда вы хотите передать уже существующему объекту значение другого объекта.

И вот здесь интересная комбинация.

Чтобы присвоить значение, нужно уметь разрушать текущее значение и передавать другое значение. То есть автоматическая генерация присваивания возможно благодаря тому, что компилятор сам умеет разрушать объект и копировать/присваивать значения полей.

Чуть остановимся на синтаксисе:

Foo a, b;
a = b;            // copy assign
a = std::move(b); // move assign

Foo a1 = b; // THIS IS NOT AN ASSIGN

Последняя операция не является присваиванием - это вызов конструктора(в этом случае копирующего). Если объект только создается, то это всегда вызов конструктора.

Теперь примерчик:

struct Foo {
    std::vector<int> numbers;
    // no explicit copy/move constructors
    // Foo& operator=(const Foo& other) {...}
    // Foo& operator=(Foo&& other) {...}
};

void foo() {
    Foo forward = {{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}};
    Foo backward = {{9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1}};
    Foo obj; // created obj here
    obj = forward; // copy assign forward to obj
    obj = std::move(backward); // move assign backward to obj

Итого: всего 6 специальных методов класса. Не больше, не меньше. На собесах любят про это спрашивать, так что забирайте.

Be special. Stay cool.

#cppcore #cpp11 #interview

Замечал странную штуку: дел не так уж много, но любое – как будто через сопротивление?

Не то чтобы лень. Просто не делается и все тут! Зато видосики на Ютубе залетают на ура...

Попался годный разбор, советую посмотреть, если тоже чувствуешь, что превращаешься в апатичного зомби 👉🏼 https://t.me/Manifestans

Мысль, которая зашла: когда перестаешь понимать "чего хочу Я", даже нормальная жизнь ощущается, как каторга.

Кликай сюда, чтобы разобраться, что с тобой происходит и как снова начать испытывать ощущение, что ты живешь, а не существуешь.

Правило 5
#новичкам

Так много разных способов определять специальные методы класса, что голова кругом. Помечать default, самому определять, доверяться компилятору, удалять, использовать обертки и тд.

Сложно, в общем.

Ну если есть что-то сложное, то люди всегда пытаются как-то его упростить и свести к набору понятных правил.

В С++ тоже есть парочка таких правил. И начнем с самого узнаваемого.

Правило 5

Оно говорит о том, что если вы сами определили или удалили хотя бы один из 5 специальных методов класса, то остальные вам тоже нужно определить(удалить) самим.

Так стоп. Почему 5, если специальных методов класса 6?

Ответ напрямую проистекает из идеи, зачем это правило вообще нужно.

Правило придумали для тех классов, которые используют нетривиальную логику управления своими ресурами.

Допустим вы зачем-то хотите хранить строку в объекте. И не как нормальные люди, а вот нетривиально, как указатель:

class PString {
    std::string* ptr;
  public:
    PString (const std::string& str) : ptr(new std::string(str)) {}
};

Там где new, обязательно должен быть delete:

class PString {
    std::string* ptr;
  public:
    PString (const std::string& str) : ptr(new std::string(str)) {}
    ~PString () {delete ptr;}
};  

Так вот правило нам говорит, что раз мы определили деструктор, мы как-то необычно менеджим ресурсы в нашем классе. А если это так, то нам вряд ли подойдет, что сгенерирует компилятор. Более того, компилятор откажется сам неявно генерировать определенные методы. Поэтому нужно вручную определить все 5 специальных методов.

Ну и быстро допишем все:

class PString {
    std::string* ptr_ = nullptr;
  public:
    PString (const std::string& str) : ptr_(new std::string(str)) {}
    ~PString () {delete ptr_;}
    PString (const PString& other) : ptr_(new std::string(*other.ptr_)) {}
    PString (PString&& other) noexcept : ptr_(other.ptr_) {ptr_ = nullptr;}
    PString& operator=(const PString& other) {
        if (this != &other) {
            delete ptr_; // free existing resource
            ptr_ = new std::string(*other.ptr_); // deep copy
        }
        return *this;
    }
    PString& operator=(PString&& x) noexcept {
        if (this != &x) {
            delete ptr_; // free existing resource
            ptr_ = x.ptr_; // move resource and then just like in move constructor
            x.ptr_ = nullptr;
        }
        return *this;
    }
}; 

Мы определили деструктор, копи и мув конструкторы, а также операторы копи и мув присваивания.

Где же конструктор по-умолчанию?

1️⃣ Он не управляет ресурсами, он лишь даем им значение по умолчанию.

2️⃣ Не всегда он даже нужен, а иногда даже вреден
Что будет, если я создам кольцевой буфер по-умолчанию и попытаюсь в него запихать элемент? Будет не то же самое, что и с std::vector, не выделится новая память. В худшем случае будет запись в невыделенную память. В лучшем - будет написана проверка на дурака.
Но зачем эта проверка, когда можно просто не писать конструктор по-умолчанию и избежать ошибок?

То есть для полноценного управления ресурсами достаточно копи/мув операторов, копи/мув конструкторов и деструктора.

Follow the rules. Stay cool.

#design #goodpractice