“即时计算”是不是适合用于可变？

Posted 2023-02-22

【中文标题】“即时计算”是不是适合用于可变？

【英文标题】：Is "just-in-time calculation" an appropriate use for mutable?“即时计算”是否适合用于可变？

【发布时间】：2017-01-01 17:36:22

【问题描述】：

图可以表示为邻接矩阵或邻接列表。我的Graph 对象将图形表示为邻接矩阵。出于性能原因，除非请求，否则我不计算邻接表；但是，一旦请求，我想保留该列表（以避免重新构建它）。

是否适合制作邻接列表mutable，以便用户可以为其他const Graph 对象生成邻接列表？我问是因为我不相信构建邻接矩阵将被视为“物理”而不是“逻辑”更改Graph 的状态。我还有一个adjacencyListBuilt 方法，所以邻接列表的构建不是“不可见的”（参见https://isocpp.org/wiki/faq/const-correctness#mutable-data-members）。

如果我理解正确，声明 adjacencyList 实例变量 mutable 将允许 any 方法对其进行更新。有没有办法只有buildAdjacencyList 方法才能修改const 对象上的adjacencyList 实例变量？

【问题讨论】：

最后一个问题 - 好吧，只是不要以任何其他方法触摸它。你是课程的作者，没有人会在buildAdjacencyList之外修改adjacencyList。

adjacencyListBuilt 的目的是什么？调用者应该如何使用这些信息？这听起来像是暴露了一个与调用者无关的实现细节。把它拿出来，使用mutable作为getAdjacencyList()结果缓存的成员变得非常合理。

adjacencyListBuilt 仅在 assert 语句中使用。我不是在每次调用getAdjacencyList 时检查列表是否已构建，而是依靠程序员在需要时请求构建它。 （是的，我知道删除此检查的好处非常小。）

好吧，如果你喜欢 a) const Graph 可用的设计，但是 b) 它的邻接列表是在第一个请求时动态计算并在之后缓存的，那么我会摆脱公共buildAdjacencyList() 并让getAdjacencyList() 在第一次调用时计算并缓存它，并在后续调用中返回缓存的结果。如果在测量了这种安排的性能之后，您得出结论认为getAdjacencyList() 中的“已构建列表”检查成本太高，则将buildAdjacencyList() 重新公开为const 方法。这很奇怪，但有时我们不得不牺牲纯度来换取性能。

【参考方案1】：

使用mutable 缓存从内部成员计算的结果是合适的。请注意，它可能会破坏线程安全。

但我也会考虑一个单独的类或函数，它对 const 对象执行计算。

【参考方案2】：

有没有办法只有 buildAdjacencyList 方法才能修改 const 对象上的 adjacencyList 实例变量？

当然，使用嵌套的私有成员和friend：

class myGraph;
void buildAdjacencyListImpl(const myGraph&);

class myGraph

    class myAdjacencyListCache
    
         mutable realAdjacencyList cached_list;

         friend void buildAdjacencyListImpl(const myGraph&);
     adj_list;
    friend void buildAdjacencyListImpl(const myGraph&);

    void buildAdjacencyList() const  buildAdjacencyListImpl(*this); 
;

void buildAdjacencyListImpl( const myGraph& g )

    realAdjacencyList& listToBuild = g.adj_list.list_cache;
    // it isn't const, and can be modified

【参考方案3】：

“即时计算”正是mutable 的发明目的，因此是的，它是一个合适的用途。请注意，该接口不会专门要求构建它；您只需请求访问它，该类会注意到它尚未构建，并在“幕后”构建它。因此逻辑状态不会受到影响。

如果您正在考虑请求构建的函数，然后在尚未请求构建时调用无效的函数或访问函数集，那么您做错了。请注意，问题将出在 interface 而不是实现上；因此无论你是否使用mutable 实现它都是错误的。

关于如何进一步保护它免受其他方法影响的问题：如果我理解正确，对邻接列表只应该做两件事：要么应该从当前的邻接矩阵计算，要么应作废。因此，我建议将其封装到一个单独的类（Graph 类私有）中，该类封装了可变成员（并且本身用作非可变成员变量）并且只提供两个操作：（1）访问事件矩阵（const 函数，如果尚未计算，则计算列表）和（2）使列表无效（非 const，因为只有对图形的更改才能使列表无效）。这样，Graph 类的任何 const 成员函数都不能修改列表。

【参考方案4】：

事实证明，在我的特殊情况下，有太多不同的缓存值，使得可变的东西变得非常快。 （上面的描述被简化了。）相反，我决定制作两个不同版本的Graph：ImmutableGraph 和MutableGraph。 ImmutableGraph 没有添加或删除边和顶点的方法；因此，很少有 ImmutableGraph 应声明为 const 的情况。