Evgenii Legotckoi
Evgenii Legotckoi22 августа 2019 г. 3:42

C++17 - Ленивый шаблонный функтор с кэшированием результата вычислений тяжёлой функции

Развивая идею кэширования результата вычислений тяжелых функций , предлагаю написать небольшой класс-шаблон, который будет принимать в качестве аргумента функцию, а именно лямбда-функция, как наиболее универсальный инструмент, в рамках которого будет выполняться тяжелая функция.

В этом случае результат работы функции будет вычисляться не в момент создания Функтора, а в момент вызова операторной скобки () . И при этом результат будет кэшироваться. Это позволит не вызывать тяжелую функцию более одного раза в рамках выполнения метода.


Вступление

Конечно, можно сначала выполнить тяжелую функцию и сохранить результат в переменную, но если логика вашей программы не требует сразу вычислять нужное значение, а только если оно действительно нужно. Тогда вообще нет необходимости вызывать эту функцию.

Я постараюсь показать пример, где это может быть полезно.

Например, в этом искусственном example_, который явно требует рефакторинга, есть ветки, когда тяжелую функцию нужно вызывать несколько раз, когда только один раз, а когда вообще не нужно вызывать.

int calc(int cases, int cases_2, int base)
{
    int result = 0;

    switch (cases)
    {
        case 0:
        {
            result = 3 * heavy_calc(base);
            break;
        }
        case 1:
        {
            result = 4;
            break;
        }
        case 2:
        {
            result = 2 * heavy_calc(base);
            break;
        }
        case 3:
        {
            result = 3 * heavy_calc(base);
            if (cases_2 < 2)
            {
                result += heavy_calc(base) / 2;
            }
            break;
        }
        default:
            return heavy_calc(base);
    }

    switch (cases_2)
    {
        case 0:
        {
            result = result * heavy_calc(base);
            break;
        }
        case 1:
        {
            result += result;
            break;
        }
        case 2:
        {
            return result - 1;
        }
        default:
            return 2 * heavy_calc(base);
    }
    return result;
}

Одним из возможных решений было бы вызвать эту функцию один раз в самом начале и сохранить результат в переменной, но тогда мы будем замедлять выполнение кода в тех ветках, где не требуется тяжелый вызов функции. Поэтому стоит подумать, как переписать код, чтобы тяжелая функция вызывалась только один раз.

Ленивый функтор шаблонов с кэшированием результатов

Для этого я предлагаю написать класс-шаблон функтора.

ВНИМАНИЕ!!! Этот код работает только при использовании стандартного C++ 17 или новее

#ifndef LAZYCACHEDFUNCTION_H
#define LAZYCACHEDFUNCTION_H

#include <type_traits>

// The template, as a template parameter, will take the type of function to be called
// and will print the return type via std :: result_of_t from the C++17 standard
template <typename T, typename CachedType = typename std::result_of_t<T()>>
class LazyCachedFunction
{
public:
    // The constructor of the functor takes as argument the function to be called
    // and move it to the m_function member
    template<typename T>
    explicit inline LazyCachedFunction(T&& function) :
        m_function(std::forward<T>(function))
    {
    }

    // Do the operator overload of parentheses,
    // so that calling a function inside a functor is like calling a regular function
    auto operator()() const
    {
        // Check that the cache exists
        if (!m_initialized)
        {
            // if not, then call the heavy function
            m_value = m_function();
            m_initialized = true;
        }
        // We return the result of calculations from the cache
        return m_value;
    }

private:
    T m_function;                       ///< function called
    mutable CachedType m_value;         ///< cached result
    mutable bool m_initialized {false}; ///< initialization flag, which indicates that the cache is full
};

#endif // LAZYCACHEDFUNCTION_H

Пример

И теперь мы используем этот функтор

#include <iostream>
#include <string>

#include "lazycachedfunction.h"

using namespace std;

int heavy_calc(int base)
{
    cout << "heavy_calc" << std::endl;
    // sleep(+100500 years)
    return base * 25;
}

void calclulateValue(int base)
{
    // Wrap heavy function i lambda function
    // this is the most convenient universal option
    auto foo = [&]()
    {
        return heavy_calc(base);
    };
    // We need to pass the function type to the template parameter, so we need to use decltype
    LazyCachedFunction<decltype(foo)> lazyCall(foo);
    // Next, call lazyCall() twice and see that the heavy function is called only once
    int fooFoo = lazyCall() + lazyCall();
    cout << fooFoo << std::endl;
}

int main()
{
    // Let's double check by double calling calclulateValue
    calclulateValue(1);
    calclulateValue(10);
    return 0;
}

Консольный вывод

heavy_calc
50
heavy_calc
500

Проверяем, что функция не вызывается, если мы не вызываем оператор скобок в функторе

Для такой проверки мы можем изменить функцию calclulateValue следующим образом

void calclulateValue(int base)
{
    auto foo = [&]()
    {
        return heavy_calc(base);
    };
    LazyCachedFunction<decltype(foo)> lazyCall(foo);
    int fooFoo = 10;
    cout << fooFoo << std::endl;
}

Вывод в консоль будет следующим

10
10

Что доказывает, что функция не вызывается, когда она не требуется.

Соответственно, в случае, когда не всегда нужно выполнять какие-то тяжелые вычисления, такой функтор может несколько оптимизировать программу.
Не сильно затрагивая структуру метода, который был написан ранее, он также поможет сохранить читабельность кода.

Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.

Вам это нравится? Поделитесь в социальных сетях!

Комментарии

Только авторизованные пользователи могут публиковать комментарии.
Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
ОН

C++ - Тест 006. Перечисления

  • Результат:10баллов,
  • Очки рейтинга-10
K
  • KiRi4
  • 7 сентября 2023 г. 7:57

C++ - Тест 002. Константы

  • Результат:41баллов,
  • Очки рейтинга-8
K
  • KiRi4
  • 7 сентября 2023 г. 7:49

C++ - Тест 001. Первая программа и типы данных

  • Результат:66баллов,
  • Очки рейтинга-1
Последние комментарии
IscanderChe
IscanderChe13 сентября 2023 г. 9:11
Пример использования QScintilla C++ По горячим следам (с другого форума вопрос задали, пришлось в памяти освежить всё) решил дополнить. Качаем исходники с https://riverbankcomputing.com/software/qscintilla/downlo…
Evgenii Legotckoi
Evgenii Legotckoi6 сентября 2023 г. 7:18
Qt/C++ - Урок 048. QThread - работа с потоками с помощью moveToThread Разве могут взаимодействовать объекты из разных нитей как-то, кроме как через сигнал-слоты?" Могут. Выполняя оператор new , Вы выделяете под объект память в куче (heap), …
AC
Andrei Cherniaev5 сентября 2023 г. 3:37
Qt/C++ - Урок 048. QThread - работа с потоками с помощью moveToThread Я поясню свой вопрос. Выше я писал "Почему же в методе MainWindow::on_write_1_clicked() Можно обращаться к методам exampleObject_1? Разве могут взаимодействовать объекты из разных…
n
nvn31 августа 2023 г. 9:47
QML - Урок 004. Сигналы и слоты в Qt QML Здравствуйте! Прекрасный сайт, отличные статьи. Не хватает только готовых проектов для скачивания. Многих комментариев типа appCore != AppCore просто бы не было )))
NSProject
NSProject24 августа 2023 г. 13:40
Django - Урок 023. Like Dislike система с помощью GenericForeignKey Ваша ошибка связана с gettext from django.utils.translation import gettext_lazy as _ Поле должно выглядеть так vote = models.SmallIntegerField(verbose_name=_("Голос"), choices=VOTES) …
Сейчас обсуждают на форуме
IscanderChe
IscanderChe17 сентября 2023 г. 9:24
Интернационализация строк в QMessageBox Странная картина... Сделал минимально работающий пример - всё работает. Попробую на другой операционке. Может, дело в этом.
NSProject
NSProject17 сентября 2023 г. 8:49
Помогите добавить Ajax в проект В принципе ничего сложного с отправкой на сервер нет. Всё что ты хочешь отобразить на странице передаётся в шаблон и рендерится. Ты просто создаёшь файл forms.py в нём описываешь свою форму и в …
BlinCT
BlinCT15 сентября 2023 г. 12:35
Размеры полей в TreeView Всем привет. Пытаюсь сделать дерево вот такого вида Пытаюсь организовать делегат для каждой строки в дереве. ТО есть отступ какого то размера и если при открытии есть под…
IscanderChe
IscanderChe8 сентября 2023 г. 12:07
Кастомная QAbstractListModel и цвет фона, цвет текста и шрифт Похоже надо не абстрактный , а "реальный" типа QSqlTableModel Да, но не совсем. Решилось с помощью стайлшитов и setFont. Спасибо за отлик!
Evgenii Legotckoi
Evgenii Legotckoi6 сентября 2023 г. 6:35
Вопрос: Нужно ли в деструкторе удалять динамически созданные QT-объекты. Напр: Зависит от того, как эти объекты были созданы. Если вы передаёте указатель на parent объект, то не нужно, Ядро Qt само разрулит удаление, если нет, то нужно удалять вручную, иначе будет ут…

Следите за нами в социальных сетях