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

C++17, lambda, auto, functor

Развивая мысль о кэшировании результата вычислений тяжелых функций , предлагаю написать небольшой шаблонный класс, который будет в качестве аргумента конструктура принимать фунцию, а именно лямбда функцию, как наиболее универсальный инструмент, внутри которой будет выполняться тяжёлая функция.

При этом результат функции будет рассчитываться не в момент создания Функтора, а в момент вызова оператора круглых скобок () . И при этом полученный результат будет кэшироваться. Что позволит не вызывать тяжёлую функцию больше чем один раз в рамках выполнения какого-нибудь метода.

Введение

Конечно, можно сначала выполнить тяжёлую функцию и сохранить результат в переменную, но если в логике вашей программы не требуется сразу рассчитывать нужное значение, а лишь в том случае, когда оно действительно нужно. То тогда нет необходимости вообще вызывать данную функцию.

Постараюсь показать пример, где это может быть полезным.

Например, в этом искусственном примере, который явно требует рефакторинга, есть ветвления, когда тяжёлую функцию нужно вызывать несколько раз, когда только один раз, а когда её вовсе не требуется 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 будет вызывать данную функцию один раз в самом начале и сохранять результат в переменную, но тогда мы замедлим выполнение кода в тех ветках, где не требуется вызов тяжёлой функции. Поэтому стоит подумать над тем, как переписать код так, чтобы тяжёлая функция вызывалась всего один раз.

Ленивый шаблонный функтор с кэшированием результата

Для этого предлагаю написать шаблонный класс функтора.

ВНИМАНИЕ!!! Данный код работает только при использовании стандарта C++17 или новее

#ifndef LAZYCACHEDFUNCTION_H
#define LAZYCACHEDFUNCTION_H

#include <type_traits>

// Шаблон, в качестве шаблонного параметра будет принимать тип функции, которую надо вызывать
// и будет выводить тип возвращаемого значения через std::result_of_t из стандарта C++17
template <typename T, typename CachedType = typename std::result_of_t<T()>>
class LazyCachedFunction
{
public:
    // Конструктор функтора принимает в качестве аргумента функцию, которую нужно вызывать
    // и перемещает её в поле m_function
    template<typename T>
    explicit inline LazyCachedFunction(T&& function) :
        m_function(std::forward<T>(function))
    {
    }

    // Делаем перегрузку оператора круглых скобок,
    // чтобы вызов функции внутри функтора был похож на вызов обычной функции
    auto operator()() const
    {
        // Проверяем, что кэш есть
        if (!m_initialized)
        {
            // если нет, то вызываем тяжёлую функцию
            m_value = m_function();
            m_initialized = true;
        }
        // Возвращаем результат вычислений из кэша
        return m_value;
    }

private:
    T m_function;                       ///< вызываемая функция
    mutable CachedType m_value;         ///< кэшированный результат
    mutable bool m_initialized {false}; ///< флаг инициализации, который сообщает, что кэш заполнен
};

#endif // LAZYCACHEDFUNCTION_H

Пример

А теперь используем данный 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)
{
    // Оборачиваем тяжёлую функцию я лямбда функцию
    // это наиболее удобный универсальный вариант
    auto foo = [&]()
    {
        return heavy_calc(base);
    };
    // Нам нужно передать в шаблонный параметр тип функции, поэтому нужно использовать decltype
    LazyCachedFunction<decltype(foo)> lazyCall(foo);
    // Далее вызываем lazyCall() дважды и увидим, что тяжёлая функция вызывается всего один раз
    int fooFoo = lazyCall() + lazyCall();
    cout << fooFoo << std::endl;
}

int main()
{
    // Сделаем двойную проверку двойным вызовом функции calclulateValue
    calclulateValue(1);
    calclulateValue(10);
    return 0;
}

Вывод в консоль

heavy_calc
50
heavy_calc
500

Проверка, что функция не вызывается в случае, если мы не вызываем оператор круглых скобок у функтора

Для такой проверки 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 тогда, когда это не требуется.

Соответственно, в случае, когда не всегда требуется выполнять некоторые тяжёлые вычисления, подобный функтор может несколько оптимизировать работу программы.
Не сильно повлияв на структуру метода, который был написан раннее, а также позволит сохранить читаемость кода.

Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.
- блог компании
Поддержать автора Donate

Комментарии

Только авторизованные пользователи могут публиковать комментарии.
Пожалуйста, авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
Ищу работу?
25,000.00 руб. - 30,000.00 руб.
Разработчик Qt/C++
Barnaul, Altai Krai, Russia

Для зарегистрированных пользователей на сайте присутствует минимальное количество рекламы

ЮА
17 сентября 2019 г. 7:51
Юлия Александрова

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

  • Результат:33баллов,
  • Очки рейтинга-10
ЮА
17 сентября 2019 г. 7:36
Юлия Александрова

C++ - Тест 004. Указатели, Массивы и Циклы

  • Результат:10баллов,
  • Очки рейтинга-10
ВД
16 сентября 2019 г. 10:47
Виктор Дзенькив

C++ - Тест 002. Константы

  • Результат:75баллов,
  • Очки рейтинга2
Последние комментарии
17 сентября 2019 г. 5:07
Misha Lebedev

Кстати интересные темы нашёл тут https://emacsway.github.io/ru/django-framework/#django-models Может что полезного тоже Евгений найдёте
17 сентября 2019 г. 3:50
Misha Lebedev

Доброго времени суток. Спасибо за хороший ответ, У меня ситуация така что в галлереи будет несколько миллионов фотографий с фильтрами и тегами , и я опасаюсь за производительност . Это ос…
17 сентября 2019 г. 2:23
Евгений Легоцкой

Добрый день. Да, я тоже читал ту статью в своё время и согласен с тем, что внешние ключи гораздо лучше, чем GenericForeignKey. Выборки в ряде случае работают быстрее. Но лично мне про…
14 сентября 2019 г. 16:08
Misha Lebedev

Приветствую вас Евгений , давно наблюда за развитием вашего замечательного портала, много полезно тут нашел , переодически зачитываюсь. Теперь по сушеству, делаю портал и там идеально ложи…
10 сентября 2019 г. 15:38
Евгений Легоцкой

function view для модели Article и LikeDislike.LIKE будет выглядеть так def like(request, pk): obj = Article.objects.get(pk=pk) try: likedislike = LikeDislike.objects.get(cont…
Сейчас обсуждают на форуме
p
17 сентября 2019 г. 4:02
pstMem

Да, действительно нужно дебажить, по другому не словить исключение. Уже решил проблему, был выход за предел массива, не правильные входные данные, так что всегда проверяйте размер массива.
17 сентября 2019 г. 2:39
Евгений Легоцкой

Добрый день! На удалённом сервере вряд ли. Этот класс из core модуля, а удалённый сервер - это ещё и network модуль нужно подтягивать. Тут на удалэнном сервере нужно делать программу…
17 сентября 2019 г. 2:30
Евгений Легоцкой

Добрый день! Попробуйте toHex() А также создние QString с помощью from методов. Может быть QString::fromLatin1(). В документации на QString почти два десятка методов from, один из них…
m
16 сентября 2019 г. 12:54
mihamuz

Однозначно PostgreSql не ниже 10 ки.
R
16 сентября 2019 г. 6:09
RED_Spider

прочитайте https://doc.qt.io/archives/qt-5.11/osx-deployment.html QMAKE_POST_LINK += "~/Qt/5.12.0/clang_64/bin/macdeployqt $${TARGET}.app $$escape_expand( \\n\\t )"
EVILEG
О нас
Услуги
© EVILEG 2015-2019
Рекомендует хостинг TIMEWEB