朧式
朧式（おぼろしき）は、複数のメモリースキームへの対応を可能にした、Pimplの進化版です。
以下の特徴があります。
- Pimplより、更に記述が面倒
- 公開classから、private要素を完全に除去
- ヒープを扱うunique_ptrやshared_ptrの他、独自アロケータ用のポインタと併用が可能
リポジトリ
概要
朧式は、公開classと実装classの相互reinterpret_castが全てです。
実装class* Cast(公開class* p){ return reinterpret_cast<実装class*>(p); } // 内向きに使うcast
公開class* Cast(実装class* p){ return reinterpret_cast<公開class*>(p); } // 外向きに使うcast
複数のメモリースキームへの対応例
local_ptr
以下の特徴があります。
- スタック上にインスタンスを生成する
- unique_ptrと同様、唯一の所有権を持つ
- ブレースを抜ける際にインスタンスを破棄する
- 関数を抜ける際にスタックを開放する
- ループ内で使うと、スタックを大量に消費する可能性があるので、注意が必要(対策可能)
使い方
公開classに以下のメソッドを追加します。
static std::size_t local_size(); // 実装classの実体サイズを返す
void local_init([引数...]); // コンストラクタのラッパー
インスタンスを生成します。
auto p = make_local(型[, 引数...]);
スタックオーバーフローへの対応
対策なし（ループ回数が増えると動作しない）
for (int n = 回数; n; --n){
auto p = make_local(型);
}
対策済み（ループ回数が増えても問題ない）
for (int n = 回数; n; --n){
[]{
auto p = make_local(型);
}();
}
ビルド＆テスト
検証を行った環境は以下のとおりです。
- Windows 10 Pro 64bit
- Core i7-8700 3.20GHz
Msvc
Microsoft(R) C/C++ Optimizing Compiler Version 19.15.26732.1 for x64
Microsoft (R) Incremental Linker Version 14.15.26732.1
cl Main.cpp Pimpl.cpp OboroShiki.cpp -Ox -EHsc -openmp -Fe:TestMsvc.exe
TestMsvc.exe
clang++
clang version 7.0.0 (tags/RELEASE_700/final)
Target: x86_64-w64-windows-gnu
clang++ Main.cpp Pimpl.cpp OboroShiki.cpp -O3 -o TestClang++.exe
TestClang++.exe
g++
gcc version 8.2.0 (Rev3, Built by MSYS2 project)
Target: x86_64-w64-mingw32
g++ Main.cpp Pimpl.cpp OboroShiki.cpp -O3 -fopenmp -o TestG++.exe
TestG++.exe
ベンチマーク
単位は秒で、数値が低いほど高速です。
Msvc
| 100,000,000回 | Pimpl.unique_ptr | 朧式.unique_ptr | 朧式.local_ptr |
|---|---|---|---|
| 生成と破棄(Normal) | 3.77094619 | 3.77549581 | 0.60779183 |
| 生成と破棄(OpenMP) | 0.66776221 | 0.67680080 | 0.07440678 |
| メソッドの呼び出し | 0.09252870 | 0.09257201 | 0.09184603 |
clang++
| 100,000,000回 | Pimpl.unique_ptr | 朧式.unique_ptr | 朧式.local_ptr |
|---|---|---|---|
| 生成と破棄(Normal) | 3.85479482 | 3.84132531 | 0.48662753 |
| 生成と破棄(OpenMP) | N/A | N/A | N/A |
| メソッドの呼び出し | 0.09045938 | 0.09064752 | 0.09042264 |
g++
| 100,000,000回 | Pimpl.unique_ptr | 朧式.unique_ptr | 朧式.local_ptr |
|---|---|---|---|
| 生成と破棄(Normal) | 3.87667382 | 3.89724941 | 0.46185907 |
| 生成と破棄(OpenMP) | 0.71910911 | 0.72185421 | 0.05114993 |
| メソッドの呼び出し | 0.09052177 | 0.09079541 | 0.09055738 |
所感
同じunique_ptrであれば、Pimplと朧式で、差がないことが分かります。
「生成と破棄」のNormalとOpenMPを比較すると、unique_ptrでは5～6倍の高速化に対し、local_ptrでは8～9倍と、差が開いていることが分かります。
これは、メモリーの確保と解放に排他制御が必要なunique_ptrに対し、local_ptrでは排他制御が不要な為、より効率良く並列化できていることを示しています。
「メソッドの呼び出し」では、特に目立った環境差はなく、安定した結果となりました。
余談
如何だったでしょうか？
イディオムよりも、local_ptrの紹介になってる気がしなくもないですが、これは両輪のようなものです。
複数メモリースキームの運用であれば、メリットがあることを示せたと思います。
単一メモリースキームの運用では、手間ばかり掛かって「僅かばかりの体裁の良さ」しか得られない悲しみ。
reinterpret_castに抵抗感のある方もいらっしゃるでしょう。
評価の難しいイディオムだと思いますが、適所での活用が良いでしょう。