Map

Aiming 大阪スタジオ
エンジニア勉強会 2013-03-11

Tomohiro Kashiwada

 std::map を for で回したことがある
 std::map::lower_bound を使わない
 map::find より map::begin をよく使う
 面倒だし std::map でも全探索する

 速度が重要だと考えているなら、今すぐ
std::map の全走査はやめましょう
 std::list より、さらに遅い
 赤黒木で実装されているので仕方ない
 そもそも辞書なんだからキーを使って引け
ばよい……

の典型的な内部実装
 std::map
 平衡二分木の一つ
 ほとんどの操作が O(logN)
 ただし定数係数が非常に大きい

Q. この赤黒木 (10 要素)を全走査するのに
必要な dereference の回数は?

出典： Wikipedia(ja) Red-black tree example.svg

A. 16 回
参考:
15 要素  25回
31 要素  57回


 コンテナを用途によって正しく使い分ける
ことは、どんな最適化よりも重要
 1byte のコピーを削減するよりも、用途に
マッチしたコンテナを使うほうが効果大
 具体的にはどういう基準で選定するのか？

 選ぶのがめんどくさい
 unordered_map
 全走査したい
 boost::flat_map
 並び順が安定しててほしい
 boost::flat_map
 任意の外部入力がキーになる可能性がある
 boost::flat_map

 基本的には使わない
 必要になるのは……
• ハッシュ関数が定義できない、かつ、要素のコ
ピーが非常に遅い場合
• 途中で要素の追加削除が発生する全走査をしたい
場合
• std::map を受け取る外部ライブラリを使う場合
 要らないですね

 2重探索をしない
• find  insert は NG
 begin を避ける
• 必ずキーアクセスを使う

 こんなコードはNG
const auto ite = m.find(k);
if (ite == m.end()) {
return *m.insert(
std::make_pair(
k,
make_new_value(params...)
);
);
} else {
return *ite;
}

ここで探索して
 こんなコードはNG
const auto ite = m.find(k);
if (ite == m.end()) { ここでも探索している
return *m.insert(
std::make_pair( しかも値を2回コピーしている
k,
make_new_value(params...)
);
);
} else {
return *ite;
}

 lower_bound を使う
const auto ite = m.lower_bound(k);
if (ite == m.end() || ite->first != k) {
return *m.emplace_hint(
ite,
std::piecewise_construct,
std::forward_as_tuple(k),
std::forward_as_tuple(params...)
);
} else {
return *ite;
}

探索は1回
 lower_bound を使う
const auto ite = m.lower_bound(k);
if (ite == m.end() || ite->first != k) {
return *m.emplace_hint( (ヒントが正しければ)
ite, 挿入は償却定数時間
std::piecewise_construct,
std::forward_as_tuple(k),
std::forward_as_tuple(params...)
);
} else { direct initialization で
return *ite; 無駄なコピーを回避
}

 例：こんなデータを map に入れたいとき

struct item_instance: boost::noncopyable {
item_uid_t uid;
item_category_t category;
values...;
};

 安直にこういう map にすると……

std::map<
item_uid_t,
std::shared_ptr<item_instance>
> items;

 「武器だけ列挙したい！」

std::vector<std::shared_ptr<item_instance>> ret;
std::remove_copy_if(
items.begin(),
items.end(),
std::back_inserter(ret),
[&](const std::shared_ptr<item_instance> &i) {
return i->category != item_category::weapon;
}
);
return ret;

 boost::filter_iterator を使う
• http://www.boost.org/doc/libs/1_53_0/libs/iterator/d
oc/filter_iterator.html

 結局同じ

const auto f = [](
const std::shared_ptr<item_instance> &p
) {
return p->category == item_category::weapon;
};
return std::vector<std::shared_ptr<item_instance>>(
boost::make_filter_iterator(
f, items.begin(), items.end()),
boost::make_filter_iterator(
f, items.end(), items.end())
);

 副キー主キーへの map を作る
std::map<
item_uid_t,
std::shared_ptr<item_instance>
> items;
std::multimap<
item_category,
item_uid_t
> items_by_category;

 「master_id からも引きたい！」
std::multimap<
item_master_id_t,
item_uid_t
> items_by_master;

これを items を操作しているすべての
場所で更新するように変更しないとい
けない！

 どうにもなりません
ならまだマシ
 boost::flat_map
 根本的な解決には……
• データ設計を変更するか、
• boost::multi_index を使うしかない

 std::map は要らない子

 「任意の外部入力がキーになる」とは？
• hashdos
各 *map の特性の違い
• std::map
• std::unordered_map
• boost::flat_map

 ハッシュの衝突を意図的に大量に発生させ
る攻撃手法
 キャラクター名をキーにする場合など
 どの実装を使っているか推測できれば攻撃
自体は容易
• この Web サービスは PHP だから……
• ゲームサーバなんてどうせ C++ だろうし……
 最近の実装ではライブラリ側で対策されて
いるので通用しない

 おググりください
 http://blog.tokumaru.org/2011/12/webdosh
ashdos.html

 std::map
• 赤黒木
 std::unordered_map
• 普通のハッシュマップ
 boost::flat_map
• ソート済み配列

 みんな知ってる
 イテレータの安定性がウリ
• ○追加削除が発生してもイテレータは失効しない
• ○順序付
• ×メモリ大食い (1要素につきポインタ3個)
• ×操作(走査)が遅い (最良で O(logN) )

 a.k.a.
stdext::hash_map
 辞書が必要ならとりあえずこれで
• ○ほとんどの操作が ave. O(1)
• ×最悪ケースで O(N)
• ×rehash が発生するとスパイク状の性能劣化
• △最適なハッシュ関数を定義するのが難しい
• ×非順序

 推しmap
 中身はただの vector なので……
• ○走査・参照が速い
• ○省メモリ
• ×追加・削除が遅い (但しおよそ N>100 の場合)
• ×イテレータの安定性が無い
 要素数が少ない場合は何も考えずに
boost::flat_map を使ってよい

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