Приветственный пост

Рады приветствовать всех на нашем канале!
Вы устали от скучного, монотонного, обезличенного контента по плюсам?

Тогда мы идем к вам!

Здесь не будет бесполезных 30 IQ постов, сгенеренных ChatGPT, накрученных подписчиков и активности.

Канал ведут два сеньора, Денис и Владимир, которые искренне хотят делится своими знаниями по С++ и создать самое уютное коммьюнити позитивных прогеров в телеге!
(ну вы поняли, да? с++, плюс плюс, плюс типа
позитивный?.. ай ладно)

Жмакай и попадешь в наш чат. Там обсуждения не привязаны к постам, можете общаться на любые темы.

Материалы для новичка

ГАЙДЫ:

Мини-гайд по собеседования
Гайд по категория выражения и мув-семантике
Гайд по inline

Дальше пойдет список хэштегов, которыми вы можете пользоваться для более удобной навигации по каналу и для быстрого поиска группы постов по интересующей теме:
#algorithms
#datastructures
#cppcore
#stl
#goodoldc
#cpp11
#cpp14
#cpp17
#cpp20
#commercial
#net
#database
#hardcore
#memory
#goodpractice
#howitworks
#NONSTANDARD
#interview
#digest
#OS
#tools
#optimization
#performance
#fun
#compiler
#multitasking
#design
#exception
#guide
#задачки
#base
#quiz
#concurrency

__builtin Ч2

Предыдущий пост получил неожиданное продолжение благодаря нашим подписчикам - Сергею Нефедову и @Roman657. Взаимопомощь и отзывчивость всегда помогает добиваться бо́льшего 😃

Как было подмечено, строго говоря, использование __builtin функции сопряжено с потенциальными рисками. Например, список аргументов поменяется в будущих версиях компилятора или код нельзя будет скомпилировать на другой платформе...

На практике нам неизвестны такие печальные истории, но если вы сомневаетесь — для вас есть другое решение 😉

Начиная с C++20 появляется стандартизированная поддержка некоторых нетривиальных битовых операций. Библиотека bit предоставляет набор реализаций. Рассмотрим некоторые из них:

std::has_single_bit - проверяет целое число на степень двойки.

std::popcount - подсчитывает количество установленных битов в целом числе.

std::countl_zero - подсчитывает количество нулей "слева" у целого числа.

std::countr_zero - подсчитывает количество нулей "справа" у целого числа.

std::rotr - выполняет циклический сдвиг битов вправо для целого числа.

std::rotl - выполняет циклический сдвиг битов влево для целого числа.

Живой пример: ссылка.

Могу еще отметить, что это еще и шаблонные constexpr функции 😋

#cpp20 #STL

​std::span

Все мы любим С++ за способность работать как на высоком уровне, так и на низком уровне абстракции. Ну ладно, за это не любим. За это ценим. Довольно много проблем зашито в самом языке из-за этой особенности, однако плюсы перевешивают(какой каламбур получился неожиданный). Одна из таких проблем - поддержка высокоуровневых контейнеров и низкоуровневых сишных массивов. Проектируя обобщенный код, нам нужно учитывать, что пользователь хотел бы оперировать и контейнерами, и массивами, при работе с этим кодом. Однако это не всегда удается сделать красиво, да и комон, какие сишные массивы? 2к23 наконец. Хочется писать в терминах С++, объектно-ориентированной модели и все такое. Однако с недавних пор у нас появился инструмент, который может нам помочь.
Я говорю в std::span.

template<class T,  std::size_t Extent = std::dynamic_extent>
class span;

Этот шаблонный класс, который введен в С++20. Он описывает объекты, являющиеся ссылкой на непрерывную последовательность объектов. В чем фишка этой фичи?

1️⃣ Первое. Она позволяет единообразно работать с динамическими контейнерами и со статическими массивами. Для статических последовательностей в конструктор передается указатель на первый элемент и количество элементов в массиве. Тогда типичная реализация будет содержать только указатель на первый элемент последовательности, и количество элементов будет содержаться в самом типе. А если передать в конструктор контейнер, то объект будет содержать 2 поля - указатель и размер последовательности.

2️⃣ Второе. Это по сути вьюха на существующий контейнер или массив, которая позволяет работать с ними целиком и даже с подпоследовательностями без передачи владения и главное без копирования. Мы можем проектировать свои апи так, чтобы пользователь был уверен, что ничего плохого не случится с его массивом в функции. Это повышает безопасность кода. А отсутствие копирования открывает нам двери к адекватным легковесным слайсам в с++. Метод subspan предоставляет интерфейс слайсинга. Теперь для задания отрезка массива необходимы просто 2 числа. Как во всех нормальных языках.

Фича на самом деле рабочая. Даже в кор гайдлайнах код написан с использованием std::span. Там не советуют его использовать. А просто используют его в листингах. Как бы предполагая, что все про это знают и это стандартный способ написания кода. А это уже о многом говорит.

Stay updated. Stay cool.

#cpp20 #STL

Идиома Remove-Erase устарела?

Снова вспомним про эту идиому. В прошлых частях тык и тык(кто не видел эту серию постов, то после первого нужно еще вот этот посмотреть) говорили о том, зачем что это такое, какую проблему решает, и как работает. А в этой части я расскажу, что это все не нужно)

Точнее будет не нужно, после того, как ваши проекты полностью перейдут на С++20.

Дело в том, что этот релиз подарил нам 2 прекрасные шаблонные функции: std::erase и std::erase_if. Чем они занимаются в контексте идиомы? А занимаются они ровно тем же, только намного красивее. Если раньше нам приходилось использовать 2 алгоритма, чтобы удалить нужные элементы из вектора, то здесь нужна всего одна функция.

std::vector<int> myVec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::erase(myVec, 2);

И все. Больше ничего не нужно городить. И даже убрали этот некрасивый интерфейс с итераторами (по сути интерфейс крутой и функциональный, но слишком много букав писать надо). Да, для ренджей придется использовать идиому по старинке, но случаи, когда это реально необходимо, очень редки.

Вся прелесть этих функции в том, что они шаблонные. То есть могут принимать на вход любые контейнеры стандартной библиотеки. Примечательно, что для большинства контейнеров эти функции частично специализированы под этот конкретный контейнер. Писать обобщенный код теперь стало еще проще.

Stay updated. Stay cool.

#cpp20 #STL #algorithms

​std::make_shared в С++20

Начиная со стандарта С++11 в С++ появилась поддержка создания std::shared_ptr при помощи фабричной функции std::make_shared. У нас даже есть пост про особенности этой функции вот здесь. Но у нее были такие же недостатки, как и у std::shared_ptr до С++17. Нельзя было ее использовать для массивов. Но, как отметил уже в комментах Константин, начиная с С++20 эта фабричная функция синхронизировалась со своим вдохновителем и теперь тоже поддерживает создание массивов из std::shared_ptr. Например:

⚡️ std::shared_ptr<double[]> shar = std::make_shared<double[]>(1024): создает std::shared_ptr c 1024 значениями типа double, проинициализированными по умолчанию;

⚡️ std::shared_ptr<double[]> shar = std::make_shared<double[]>(1024, 1.0): создает std::shared_ptr c 1024 значениями типа double, проинициализированными значениями, равными 1,0.

Как обычно make функции немного тормозят относительно типов, для которых они созданы. Типа std::make_unique появился только в с++14, хотя сам уникальный указатель был представлен в предыдущем релизе. Но главное, что эти особенности все-таки доезжают, что не может не радовать.

Enjoy small things. Stay cool.

#cpp20 #memory

Ответ на вопрос выше не так уж и прост на самом деле. Начнем с того, что когда вы запустите этот код на своей машине, то получите ответ: -1.

Эм. Неожиданно! "Как так получается?" - спросите вы меня. "Ведь я же знаю, как работает бинарный сдвиг: берем да и сдвигаем биты вправо и позади оставляем нули. В итоге получатся все нолики и самый младший бит 1. А это 1, а не -1!".

Логика железная и с ней не поспоришь. Однако в этой цепочке есть одно неверное утверждение. На самом деле вы не знаете, как работает правый бинарный сдвиг!(ну те, кто так рассуждают)

Заинтригованы?

Тогда мы идем к вам!

Что было до С++20.

Рассуждения верные только для беззнаковых чисел. Для знаковых все определяется конкретной реализацией. А у нас как раз такой вариант. Так еще все от стандарта зависит. Так что правильный ответ: "Мне-то откуда знать???". В общем случае вы вряд ли знаете, как во всех компиляторах это реализовано, а спрашивал я без привязки к конкретной реализации и стандарту. Да, вот так завуалировал ответ. Имею право.

Почему я тогда утверждаю, что вы на своих машинах получите -1?

Потому что в большинстве реализаций правый битовый сдвиг для знаковых чисел работает с помощью так называемого "арифметического сдвига".

Что это за акула такая.

Когда вы делаете правый сдвиг для беззнаковых чисел, то просто старшие разряды заполняете нулями. Арифметический же сдвиг заполняет старшие разряды не нулями, а знаковым битом. Таким образом, правый сдвиг любого 4-х байтного знакового числа оставит после себя либо 32 бита нулей (в случае положительного числа), либо 32 бита единичек(в случае отрицательного числа). А все единички в битах - это -1 для знаковых чисел.

С++20 начинает нам гарантировать, что правый сдвиг для знаковых чисел выполняется с помощью арифметического сдвига. Спасибо Дмитрию за это уточнение)

Вот такой прикол. Надеюсь, что я многих удивил тем, как это работает)

Арифметический сдвиг - хоть теперь и стандартное поведение, но

Во-первых, не все разрабы имеют достаточного опыта на 20-х плюсах, чтобы понять, что это стандартное поведение

Во-вторых, в каких-то проектах(которых на самом деле огромное количество) до сих пор не используется этот стандарт

В-третьих, слишком мало времени прошло с момента стандартизации. Если раньше это было грязным нестандартным приемом, то в умах людей он таковым еще долго останется. И это не изменится взмахом палочки комитета.

Поэтому не стоит использовать такие приколы без острой необходимости и правильного, подробного комментирования в случае этой необходимости.

Stay surprised. Stay cool.

#cpp20 #compiler

​std::for_each

Все мы знаем эту знаменитую шаблонную функцию из стандартной библиотеки. Она позволяет применить унарную операцию для каждого элемента последовательности.

Чем она хороша? В подходящих условиях она дает больше семантики по сравнению с "конкурентами".

Например, есть range-based-for цикл. Он записывается примерно так:

for(auto & traitor: traitors) {
  // exquisitely torture the traitor
}

В этом подходе к обработке набора данных нет ничего плохого. Но нам позволено слишком много свободы. Мы можем выйти из цикла, перейти к следующей итерации в середине текущей и так далее. И уже сама эта возможность заставляет читающего код больше напрягаться и искать сложную логику.

Но если такой логики нет и мы просто делаем определенную операцию над каждым элементом, то создается совершенно лишнее напряжение, которого можно было бы избежать. И этому побегу поможет std::for_each.

Функция имеет явную семантику: для каждого элемента последовательности выполняется вот эта функция. И все. Думать много не нужно. Нужно просто понять, как преобразуется или обрабатывается элемент и дело в шляпе.

Но не каждый знает, что эта функция возвращает не void, а тот же тип унарной операции, что мы передали в нее. Значит мы можем использовать stateful операции, то есть функциональные объекты, и сохранять результат вычислений в этом объекте не используя никакие глобальные переменные, ссылки и прочее. Стандарт гарантирует, что возвращаемое значение for_each содержит финальное состояния функтора после завершения операций над всеми элементами.

Эта особенность может пригодиться, когда помимо обработки элемента необходимо собрать по ним статистику. Допустим, я хочу убрать из массива строк все пробелы и сосчитать, сколько в среднем на каждую строку приходится пробелов. И тут как бы вроде скорее всего наверное вероятно лучше std::transform подходит(по семантике основной операции), но все портит сбор статистики. Можно засунуть в трансформ лямбду со ссылкой на внешний счетчик, но по смыслу это уже не будет чистая трансформация строк. Поэтому можно подобрать менее точечный по предназначению алгоритм, но он лучше подходит этой ситуации. Единственное, что лямбду нельзя будет использовать.

Пример:

struct SpaceHandler {
  void operator()(std::string& str) {
    auto new_end_it = std::remove_if(str.begin(), str.end(), [](const auto & ch){ return ch == ' ';});
    space_count += str.size() - std::distance(str.begin(), new_end_it);
    str.erase(new_end_it, str.end());
  }
  int space_count {0};
};

int main() {
  std::vector<std::string> container = {"Ole-ole-ole ole", "C++ is great!",
  "Just a random string just to make third elem"};
  int i = std::for_each(container.begin(), container.end(), SpaceHandler()).space_count;
  std::for_each(container.begin(), container.end(), [](const auto& str) { std::cout << str << std::endl;});
  std::cout << "Average number of spaces is " << static_cast<double>(i) / container.size() << std::endl;
}

//Output

Ole-ole-oleole
C++isgreat!
Justarandomstringjusttomakethirdelem
Average number of spaces is 3.66667

Здесь мы используем функтор SpaceHandler, для которого перегружен оператор круглые скобки. За счет чего мы в этом операторе может сохранять вычисления в поля класса SpaceHandler. Чем мы и воспользовались для подсчета статистики.

Большое неудобство с этими лямбдами, но нам пока не позволено доставать из них поля класса, так что выживаем, как можем.

Кстати, с С++20 std::for_each стал constexpr, что позволяет удобнее обрабатывать наборы данных во время компиляции .

Use proper tools. Stay cool.

#cppcore #cpp20 #algorithms

​Как узнать, что constexpr функция вычисляется в compile time

C constexpr функциями есть один прикол - они могут вычисляться и в рантайме, и компайлтайме. Но вот какой момент: мы же не зря пометили их constexpr. Нам важно, чтобы в тот момент, когда мы хотели разгрузить рантайм, он действительно разгружался. Не всегда просто бывает сходу понять, что все аргументы функции тоже являются вычислимыми во время компиляции. А это, собственно, одно из основных условий того, что и сама функция вычислится в это время.

Так вот интересно: а можно ли как-то убедиться в том, что выражение вычислено в compile-time?

На самом деле можно, для этого даже есть несколько вариантов. Не то, чтобы эти проверки нужны в продовом коде, но они могут быть полезны при отладке.

⚡️ Присвоить значение выражения constexpr переменной. Они могут инициализироваться только значениями, доступными на этапе компиляции, поэтому вам сразу же компилятор выдаст ошибку "constexpr variable must be initialized by a constant expression", если вы попытаетесь передать в функцию не constexpr значение.

constexpr int JustRandomUselessFunction(int num) {
  return num + 1;
}

int main() {
  int usual_runtime_var = 0;
  constexpr int error = JustRandomUselessFunction(usual_runtime_var); 
  //👆🏿Error: constexpr variable must be initialized by a constant expression
  constexpr int constexpr_var = 5;
  constexpr int ok = JustRandomUselessFunction(constexpr_var); 
  //👆🏿 OK since constexpr_var is constexpr
}

Правда, здесь есть ограничение, что void выражения таким макаром не проверить.

⚡️ Поместить вызов функции в static_assert. Эта штука может проверять только вычислимые на этапе компиляции условия, поэтому компилятор опять же вам подскажет, облажались вы или нет.

constexpr int JustRandomUselessFunction(int num) {
  return num + 1;
}

int main() {
  int usual_runtime_var = 0;
  constexpr int constexpr_var = 5;
  static_assert(JustRandomUselessFunction(usual_runtime_var)); 
  //👆🏿 Error: static assertion expression is not an integral constant expression
  static_assert(JustRandomUselessFunction(constexpr_var)); // OK
}

Ограничение здесь даже еще жестче, чем в предыдущем пункте. Вы должны каким-то образом из возвращаемого значения функции получить булевое значение. Для тривиальных типов это довольно тривиальное преобразование, как бы тривиально это не звучало. Но для более сложных конструкций нужно будет чуть больше подумать.

⚡️ Использовать фичу С++20 - std::is_constant_evaluated(). Если коротко, то она позволяет внутри функции определить в каком контексте она вычисляется: constant evaluation context или runtime context. Здесь есть и практическая польза: в зависимости от контекста мы можем использовать constexpr-френдли операции(их набор довольно сильно ограничен и придется попотеть, чтобы что-то сложное реализовать) или обычные. Но для наших целей мы можем вот как использовать: мы можем заветвиться по контексту и вернуть из функции какое-то уникальное значение, которое соответствует только compile-time ветке. И уже по итоговому результату понять, когда произошли вычисления. А дальше уже набрасывать реальный код в ветки. Например:

constexpr int CalculatePeaceNumber(double base)
{
  if (std::is_constant_evaluated())
  {
    return 666; // That's how we can be sure about compile time evaluation
  }
  else
  {
    // some peaceful code
    return 0; // true balance and peace
  }
}

constexpr double pi = 3.14;

int main() {
  const int result = CalculatePeaceNumber(pi);
  std::cout << result << " " << CalculatePeaceNumber(pi) << std::endl;
}

//Output
666 0

Обратите внимание, что здесь используется обычный if, потому что в if constexpr is_constant_evaluated будет всегда возвращать true(в нем условие всегда в compile-time поверяется).

Наверняка, есть еще способы. Если знаете, напишите их в комментарии)

Check context of your life. Stay cool.

#cpp20 #cpp11 #compiler

​bit_cast

Начиная с C++20 появилась шаблонная функция std::bit_cast в заголовочном файле <bit>. Она предоставляет возможность создавать побитовые копии объектов с другим типом:

#include <bit>

double   src = 42.0;
uint64_t dst = std::bit_cast<uint64_t>(src);

В конкретном примере переменные dst и src имеют одинаковый размер 8 байт, поэтому их содержимое может быть интерпретировано по-разному, в зависимости от типа представления: беззнаковое целое или число с плавающей запятой.

Аналогичного результата можно добиться и с помощью union или reinterpret_cast. Однако, это нельзя было сделать в compile time! Функция std::bit_cast поддерживает constexpr выражения. Бонусом мы получаем достаточно лаконичное приведение и не нарушаем strict aliasing.

В отличие от альтернативных способов, шаблонная функция std::bit_cast дополнительно проверяет, что исходный и целевой типы имеют одинаковый размер и могут быть тривиально скопированы. Последнее означает, что память объекта может быть просто скопирована без дополнительных действий и это будет рабочей копией. Если это не так, то такие операции могут нарушать жизненный цикл нового объекта.

Продемонстрирую проблему на примере с std::string. Объекты данного типа, в общем случае, хранят строку где-то в другом месте, а сами выступают в роли умной оболочки (RAII). Клонирование такого объекта «в лоб» создает потенциально опасную ситуацию: два объекта будут ссылаться на один и тот же уникальный ресурс и пытаться управлять им. Например, они оба попытаются освободить ресурс. У первого объекта это получится, а у второго приведет к ошибке double free: живой пример. Отсюда и вытекает ограничение, что нельзя создавать побитовых клонов нетривиально копируемых объектов. Им необходимо обязательно вызвать конструктор копирования, который выделит собственный ресурс.

Бывает и так, что изначально некоторые типы были реализованы тривиальными, но затем (в ходе доработок) потеряли такое свойство. Встроенные проверки std::bit_cast тут же сообщат о некорректности работы с таким типом.

Нельзя назвать std::bit_cast оператором приведения, т.к. эта штука все таки не включена в семантику языка (в отличие от static_cast, reinterpret_cast и т.д.) и вынесена в пространство имен библиотеки STL. Однако её стоит упомянуть в текущем цикле статей.

Оставляйте реакции, считаете ли вы этот пост полезным для других! А мы, как и всегда, будем рады прочитать ваши комментарии и ответить вопросы 😉

#cppcore #cpp20

​Невероятные вероятности

Зачастую, когда мы пишем какие-то условия, то предполагаем, что какая-то ветка будет выполняться чаще другой. Самый простой пример - проверка чего-то на корректность. И если это что-то некорректно, то мы делаем какие-то действия, сигнализирующие о проблеме. И логично предположить, что наша программа хорошо написана (по крайней мере мы в это охотно верим). Поэтому ошибка - некая экстренная ситуация, которая не должна появляться часто. В принципе, любой не happy path может рассматриваться, как пример такой ситуации.

Может ли нам это знание как-то помочь? Вполне. В процессорах есть такой модуль - предсказатель переходов. На основе кода он по определенным эвристикам пытается понять, какая из веток выполниться с большей вероятностью. Он заранее подгружает данные и код для этой ветки, чтобы в случае удачного предсказания сократить время простоя вычислительного конвейера. И на самом деле, современные процессоры - настоящие Ванги! Их модуль предсказания переходов принимает правильные решения примерно в 90% случаев! Что не мало. Но все равно не идеально.

И вот тут-то мы и вступаем в дело. Мы можем немножко помочь предсказателю сделать более правильный выбор в конкретной ситуации. Путем указания ветки, которая по нашему мнению, будет выполняться с большей вероятностью.

У компиляторов есть свои расширения, которые могут помочь нам в этой задаче. Но они нам больше не нужны!

Потому что в С++20 появились стандартные аттрибуты [[likely]] и [[unlikely]]!

Допустим, мы пишем свой вектор интов. Причины покататься на байсикле мы отбросим в сторону и сконцентрируемся на сути. И мы дошли до метода MyVector::at, который по индексу выдает элемент. Но фишка в том, что этот метод проверяет индекс на нахождение в границах дозволенного и кидает исключение, если нештатная ситуация все-таки произошла.

int MyVector::at(size_t index) {
  if (index >= this->size) [[unlikely]] {
    throw std::out_of_range ("MyVector index is out of range");
  }
  return this->data[index];
}

Это довольно базовый класс, которым будет пользоваться множество программистов во множестве модулей. И разумно предположить, что большинство использований этого метода будут вполне корректны и все будет стабильно работать. Поэтому вполне логично сказать компилятору встроить в код подсказку, которая поможет процессору предсказывать правильно с большей вероятностью.

Ставьте лайки, если хотите немного бэнчмарков на эту тему. Если хотите что-то определенное померять(в пределах разумного времени написания поста), то пишите в комментах свои идеи.

Predict people's actions. Stay cool.

#cpp20 #compiler #performance

​​Результаты ревью

Круто вчера постарались, столько проблем нашли в этом маленьком кусочке кода. Больше всего проблем нашли два подписчика со скрина: я не смог выбрать из них одного, так как их пункты хоть и пересекаются, но все же дополняют друг друга различными мыслями. Давайте похлопаем нашим героям!👏👏👏👏👏👏

А теперь скомпануем все воедино. Напомню, что код был такой:

template<typename T, template<class,class...> class C, class... Args>
std::ostream& operator <<(std::ostream& os, C<T,Args...> objs)
{
  os << PRETTY_FUNCTION << '\n';
  for (auto obj : objs)
  os << obj << ' ';
  return os;
}

Сначала очевидное и то, что бросается в глаза. Все правильно поняли, что смысл кода - вывести элементы любого контейнера на выходной поток. Всвязи с этим следующие рассуждения:

❗️ Второй аргумент оператора принимается по значению, что ведет с излишним копированиям. Лучше использовать константную ссылку, так как мы не собираемся изменять значения контейнера.

❗️ В цикле тоже будут копирования, так как obj - объект, а не ссылка. Лучше использовать const auto &.

❗️ В первой строчке смешиваются class и typename. Это путает читателя, заставляя задумываться о тайном замысле использования разных ключевых слов. Лучше везде использовать class, так как Артем отметил , что до С++17 в шаблон-шаблонных параметрах нельзя было использовать typename.

❗️ Не очень выразительное название для аргумента, которым предполагается быть контейнеру. Хотя бы полностью написать Container.

❗️ Вывод элементов очень странный и кривой. Как минимум после последнего элемента будет ставиться пробел. Решить проблему можно с помощью стандартного алгоритма std::copy и интересного экспериментального итератора std::experimental::make_ostream_joiner, который может выводить элементы последовательности через разделитель, не записывая разделитель в конце! Выглядит это так:

std::copy(vec.begin(), vec.end(),
  std::experimental::make_ostream_joiner(std::cout, ", "));

На этом очевидные недостатки, которые мог выделить даже не очень разбирающийся в шаблонах читатель, заканчиваются.

Посмотрим чуть поглужбе. Функция используется для отладочных и учебных целей. Это понятно по использованию макроса PRETTY_FUNCTION. Он позволяет посмотреть полную сигнатуру функции с расшифровкой всех шаблонных параметров. Он довольно сильно помогает при обучении. Но к сожалению, этот макрос определен только под gcc/clang. Давайте уж не будем сильно внимание заострять на кроссплатформенности и целесообразности использования этой конструкции. В прод функция явно не пойдет. Д. А более интересные и кроссплатформенные варианты вывода сигнатуры функции можно посмотреть тут.

Однако автором этот кусок кода преподносился, как универсальный принт контейнеров STL. А вот тут уже залет! Потому что он не только не универсальный, но еще и не безопасный и корявый!.

🔞 Для класса std::string уже определен оператор вывода на поток, поэтому при наличии этого куска в общем коде мы просто не сможем выводить строку, так как компилятор найдет 2 подходящие перегрузки и не сможет из них выбрать лучшую. Можно ограничить тип контейнера с помощью sfinae/концептов.

🔞 Перегрузка не будет работать для мап. У них элементы - пары, которые не имеют собственной реализации вывода на поток. Да и вообще: если элементы "контейнера" не умеют выводиться на поток, то будет ошибка. Выход - поставить sfinae/концепт на существовании перегрузки на поток вывода для типа Т.

🔞 В предыдущем пункте я взял слово контейнер в кавычки. Все потому что сигнатура функции способна принимать любую шаблонную тварь, даже какой-нибудь std::shared_ptr. А для него уже перегружен оператор вывода. Опять компилятор не сможет выбрать из двух одинаковых перегрузок. Поэтому было бы неплохо поставить ограничение на существование методов begin() и end().

ПРОДОЛЖЕНИЕ В КОММЕНТАРИЯХ

Fix your flaws. Stay cool.

#template #STL #cppcore #cpp17 #cpp20

​​Правильный swap двух объектов Ч1

В статье про swap идиому мы реализовали свап объектов класса через дружественную функцию. Сегодня поговорим почему так делать правильно.

В принципе нам нужна функциональность, которая сможет обменять данных двух объектов местами. Она может называться как угодно, никто не запрещает назвать вам swap функцию как TheMostTrickyFunction.

Но так делать не очень удобно. Все привыкли использовать std::swap для обмена значений. Поэтому логично как минимум назвать функцию swap.

Дальше будем рассматривать по очереди возможные варианты.

Можно определить метод swap внутри класса:

struct my_type
{
    void swap(my_type&) { /* swap members / }
};

И хоть это будет работать в пользовательском коде just fine, но мы не сможем для такого типа например использовать std::sort, которая вызывает свободную функцию swap.

Но мы можем найти примеры такого дизайна даже в стандартной библиотеке. Например std::vector имеем метод swap, который обменивает данные двух векторов. Но тут важен контекст: до появления мув-семантики обмен векторов через std::swap приводило бы к нежелательным копированиям. Поэтому в те времена многие объекты имели свою оптимизированную версию в виде метода.

Сейчас вы можете использовать std::swap на двух векторах и не парится по поводу перфоманса. Так что просто swap метод класса нам не подходит.

Раз мы хотим использовать std::swap, то может тогда просто специализируем эту функцию для нашего типа в скоупе std? Давайте попробуем.

namespace std
{
    template <>
    void swap(my_type& one, my_type& two)
    {
        one.swap(two);
    }
}

И это даже может и заработает. Но С++20 говорит нам, что специализировать шаблонные функции из неймспейса std - неопределенное поведение. Поэтому этот вариант - совсем не вариант.

Попробуем определение свободной функции swap в неймспейсе класса

namespace my_ns {

struct my_type
{
    void swap(my_type&) { / swap members */ }
};

void swap( my_type<T> & lhs, my_type<T> & rhs ) noexcept
{
    lhs.swap(rhs);
}

}

Однако это выглядит просто как обертка для метода swap, который больше нигде не используется. Может как-то схлопнуть две эти сущности?

Сделаем эту свободную функцию дружественной нашему классу! Тогда можно выкинуть ненужный метод и оставить просто функцию.

struct my_type
{
    friend void swap(my_type& first, my_type& second) noexcept {
    // swap
  }
};

Так-то лучше. Все работает и выглядит культурно. Далее поговорим про то, что должно быть внутри функции.

Be nice. Stay cool.

#template #cppcore #cpp20

Представление отрицательных чисел в С++

Отрицательные числа - заноза в заднице компьютеров. В нашем простом мире мы различаем положительные и отрицательные числа с помощью знака. Положительные числа состоят просто из набора цифр(ну и по желанию можно добавить + слева, никто не обидится), а к отрицательным слева приписывается минус. Но компьютеры у нас имеют бинарную логику, там все представляется в виде единиц и ноликов. И там нет никаких плюсов-минусов. Тогда если у нас модуль числа уже представляется в виде единичек и ноликов, то непонятно, как туда впихнуть минус.

Вот и в комитете по стандартизации не знали, как лучше это сделать и удовлетворить всем, поэтому до С++20 они скидывали с себя этот головняк. До этого момента С++ стандарт разрешал любое представление знаковых целых чисел. Главное, чтобы соблюдались минимальные гарантии. А именно: минимальный гарантированный диапазон N-битных знаковых целых чисел был [-2^(N-1) + 1; 2^(N-1)-1]. Например, для восьмибитных чисел рендж был бы от -127 до 127. Это соответствовало трем самым распространенным способам представления отрицательных чисел: обратному коду, дополнительному коду и метод "знак-величина".

Однако все адекватные компиляторы современности юзают дополнительный код. Поэтому, начиная с С++20, он стал единственным стандартным способом представления знаковых целых чисел с минимальным гарантированным диапазоном N-битных знаковых целых чисел [-2^(N-1); 2^(N-1)-1]. Так для наших любимых восьмибитных чисел рендж стал от -128 до 127.

Кстати для восьмибитных чисел обратной код и метод "знак-амплитуда" были запрещены уже начиная с С++11. Все из-за того, что в этом стандарте сделали так, чтобы все строковые литералы UTF-8 могли быть представлены с помощью типа char. Но есть один краевой случай, когда один из юнитов кода UTF-8 равен 0x80. Это число не может быть представлен знаковым чаром, для которого используются обратной код и метод "знак-величина". Поэтому комитет просто сказал "запретить".

Для кого-то много непонятных слов и терминов, поэтому в дальнейшем будем раскрывать все секреты представления отрицательных чисел в памяти.

Stay defined. Stay cool.

#cppcore #cpp20 #cpp11

​​Целочисленные переполнения

Переполнения интегральных типов - одна из самых частых проблем при написании кода, наряду с выходом за границу массива и попыткой записи по нулевому указателю. Поэтому важно знать, как это происходит и какие гарантии при этом нам дает стандарт.

Для беззнаковых типов тут довольно просто. Переполнение переменных этих типов нельзя в полной мере назвать переполнением, потому что для них все операции происходят по модулю 2^N. При "переполнении" беззнакового числа происходит его уменьшение с помощью деления по модулю числа, которое на 1 больше максимально доступного значения данного типа(то есть 2^N, N - количество доступных разрядов). Но это скорее не математическая операция настоящего деления по модулю, а следствие ограниченного размера ячейки памяти. Чтобы было понятно, сразу приведу пример.

Вот у нас есть число UINT32_MAX. Его бинарное представление - 32 единички. Больше просто не влезет. Дальше мы пробуем прибавить к нему единичку. Чистая и незапятнанная плотью компьютеров математика говорит нам, что в результате должно получится число, которое состоит из единички и 32 нулей. Но у нас в распоряжении всего 32 бита. Поэтому верхушка просто отрезается и остаются только нолики.

Захотим мы допустим пятерку, бинарное представление которой это 101, прибавить к UINT32_MAX. Произойдет опять переполнение. В начале мы берем младший разряд 5-ки и складываем его с UINT32_MAX и уже переполненяемся, получаем ноль. Осталось прибавить 100 в двоичном виде к нолю и получим 4. Как и полагается.

И здесь поведение определенное, известное и стандартное. На него можно положиться.

Но вот что со знаковыми числами?

Стандарт говорит, что переполнение знаковых целых чисел - undefined behaviour. Но почему?

Ну как минимум потому что стандарт отдавал на откуп компиляторам выбор представления отрицательных чисел. Как ранее мы обсуждали, выбирать приходится между тремя представлениями: обратный код, дополнительный код и метод "знак-амплитуда".

Так вот во всех трех сценариях результат переполнения будет разный!

Возьмем для примера дополнительный код и 4-х байтное знаковое число. Ноль выглядит, как 000...00, один как 000...01 и тд. Максимальное значение этого типа INT_MAX выглядит так: 0111...11 (2,147,483,647). Но! Когда мы прибавляем к нему единичку, то получаем 100...000, что переворачиваем знаковый бит, число становится отрицательным и равным INT_MIN.

Однако для обратного кода те же рассуждения приводят к тому, что результатом вычислений будет отрицательный ноль!

Ситуация здесь на самом деле немного поменялась с приходом С++20, который сказал нам, что у нас теперь единственный стандартный способ представления отрицательных чисел - дополнительный код. Об этих изменениях расскажу в следующем посте.

Don't let the patience cup overflow. Stay cool.

#cpp20 #compiler #cppcore

​​Signed Integer overflow

Переполнение знаковых целых чисел - всегда было и остается болью в левой булке. Раньше даже стандартом не было определено, каким образом отрицательные числа хранились бы в памяти. Однако с приходом С++20 мы можем смело утверждать, что стандартом разрешено единственное представление отрицательных чисел - дополнительный код или two's complement по-жидоанглосаксонски. Казалось бы, мы теперь знаем наверняка, что будет происходить с битиками при любых видах операций. Так давайте снимем клеймо позора с переполнения знаковых интов. Однако не все так просто оказывается.

С приходом С++20 только переполнение знаковых чисел вследствие преобразования стало определенным по стандарту поведением. Теперь говорится, что, если результирующий тип преобразование - знаковый, то значение переменной никак не изменяется, если исходное число может быть представлено в результирующем типе без потерь.
В обратном случае, если исходное число не может быть представлено в результирующем типе, то результирующим значением будет являться остаток от деления исходного значения по модулю 2^N, где N - количество бит, которое занимает результирующий тип. То есть результат будет получаться просто откидыванием лишних наиболее значащих бит и все!

Однако переполнение знаковых интов вследствие арифметических операций до сих пор является неопределенным поведением!(возмутительно восклицаю). Однако сколько бы возмущений не было, все упирается в конкретные причины. Я подумал вот о каких:

👉🏿 Переносимость. Разные системы работают по разным принципам и UB помогает поддерживать все системы оптимальным образом. Мы могли бы сказать, что пусть переполнение знаковых интов работает также как и переполнение беззнаковых. То есть получалось бы просто совершенно другое неожиданное (ожидаемое с точки зрения стандарта, но неожиданное для нас при запуске программы) значение. Однако некоторые системы просто напросто не продуцируют это "неправильное значение". Например, процессоры MIPS генерируют CPU exception при знаковом переполнении. Для обработки этих исключений и получения стандартного поведения было бы потрачено слишком много ресурсов.

👉🏿 Оптимизации. Неопределенное поведение позволяет компиляторам предположить, что переполнения не произойдет, и оптимизировать код. Действительно, если УБ - так плохо и об этом знают все, то можно предположить, что никто этого не допустит. Тогда компилятор может заняться своим любимым делом - оптимизировать все на свете.
Очень простой пример: когда происходит сравнение a - 10 < b -10, то компилятор может просто убрать вычитание и тогда переполнения не будет и все пойдет, как ожидается.

Так что УБ оставляет некий коридор свободы, благодаря которому могут существовать разные сценарии обработки переполнения: от полного его игнора до включения процессором "сирены", что произошло что-то очень плохое.

Leave room for uncertainty in life. Stay cool.

#cpp20 #compiler #cppcore

Удаляем элемент из ассоциативного контейнера по значению

Понимаю, что искать элементы ассоциативного контейнера предполагается чисто по ключу. Иначе зачем бы мы использовали этот тип контейнера?

Но вот бывают иногда случаи, когда под вашу задачу очень хорошо подходит мапа, но, чтобы держать ее в консистентном состоянии, вам нужно иногда удалять элементы по значению.

Не все хотят тянуть себе в проект какой-нибудь буст с его bimap или прочие сторонние решения. Хочется чего-нибудь стандартного. Понятное дело, что это не будет эффективно и удалять мы будем за линейное время. Но все же...

У ассоциативных контейнеров есть только один метод на удаление элементов - erase. Он принимает либо итератор, либо ключ. И нет такой перегрузки, которая бы как-то на значение смотрела. То есть нужно делать так:

std::map<int, int> map{{1, 6}, {2, 7}, {3, 8}, {4, 9}, {5, 10}};
// вот так
auto it = std::find_if(map.begin(), map.end(), [](const auto& elem) {return elem.second == 10;});
map.erase(it);
//
std::for_each(map.begin(), map.end(), [](const auto& item){ 
                                     std::cout << item.first << " " << item.second << std::endl;});
// OUTPUT
// 1 6
// 2 7
// 3 8
// 4 9

Две строчки на идейно очень простое и понятное действие. Ох, если бы был метод erase_if...

И вы знаете, в С++20 появились перегрузки свободной функции std::erase_if для каждого стандартного контейнера. Теперь можно написать просто вот так:

std::erase_if(map, [](const auto& elem) {return elem.second == 10;});

И результат вывода будет таким же.

У кого есть только древние плюсы - не переживайте. Для вас эти перегрузки реализовали в экспериментальной библиотеке. Просто сделайте так:

#include <experimental/map>
std::experimental::erase_if(map, [](const auto& elem) {return elem.second == 10;});

И все заработает.

Do things easier. Stay cool.

#STL #cpp20

Ответ

Самый главный результат опроса - почти треть канала состоит из красивых людей. In mom's humble opinion. И это прекрасно! И настоящие профессионалы, и внешне обаятельны, и в душе поэты!

Но ладно, это была лирика(поэт из меня так себе). Перейдем к правильному ответу.

Он был замаскирован, видимо поэтому набрал меньше всего голосов.

Стандарт говорит:

Because the explicit template argument list follows the function template name, 
and because constructor templates are named without using a function name, 
there is no way to provide an explicit template argument list for these function templates.

Невозможно явно указать шаблонные аргументы для шаблонного конструктора. Компилятор должен суметь вывести эти типы на основе переданных в конструктор аргументов.

Но так как в нашем случае конструктор не принимает никаких параметров - компилятор никак не сможет вывести типы.

Поэтому невозможно вызвать конструктор у такого класса:

struct Type {
    template <typename>
    Type() {}
};

Но! Объект такого класса создать можно.

Некоторые функции в С++ неявно создают объекты. Например std::bit_cast.

struct Type {
  template <typename>
  Type() {};
};

struct Other {};

int main() {
  Type t = std::bit_cast<Type>(Other{});
}

Спасибо @cppnyasha за пример.

Но конкретно в нашем случае была задача вызвать конструктор, а это невозможно.

Solve problems. Stay cool.

#cppcore #cpp20