6. Zigzag Conversion #66
Conversation
| https://www.reddit.com/r/cpp_questions/comments/wxiyg1/most_efficient_way_to_concatenate_strings/ | ||
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| こちらの中でも色々議論されている | ||
| reserveを使って予め必要なメモリを確保しておけば先確保を減らすことができる。 |
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こういう話、速くしたいということが目的ならば、どれくらい速くなるかを「秒」なりで具体的に概算してください。
https://discord.com/channels/1084280443945353267/1200089668901937312/1202604551815954463
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@oda
レビューありがとうございます。
下記のようにメモに追加しました。
今回stringの最長は1000文字。numRowsが1000の場合、一文字ずつ繋げる必要がある。 下記の記事によると、環境にもよるがだいたい初期は32文字まで確保されている。 https://stackoverflow.com/questions/53216377/how-much-memory-is-allocated-to-an-uninitialized-stdstring-variable 1000 / 32 ≒ 31なので、31回リアロケーションが発生する。 あらかじめreserveで確保しておくと、1度ですむ。
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@Ryotaro25 それは秒ではないです。なぜ、秒でといっているかというと、メリットがある程度定量化できないと、その選択を取ったときのデメリットと比較ができないからです。
また、仕様上、計算量は定数時間で償却できるようにする必要があるので、普通は doubling するのが一般的です。
capacity でサイズは調べられます。
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それは秒ではないです。なぜ、秒でといっているかというと、メリットがある程度定量化できないと、その選択を取ったときのデメリットと比較ができないからです。
秒以外の何かしらの数値でもいいと理解しておりました🙇♂️
capcityを用いてリアロケーションの確認を行い、#include を使って速度は計測してみました。
実行環境はMac OSです。
sは1000文字にしてリアロケーションがどのように発生するのか確認
capcityの変化 : 22 47 95 191 383 767 1535
=>リアロケーションに対する理解に誤りがございました。下記の通りでした。
仕様上、計算量は定数時間で償却できるようにする必要があるので、普通は doubling するのが一般的です。
#include を用いて実行速度を計測する。
https://www.rk-k.com/archives/6973
・sは1000文字、numRows = 1000
reserve無し
処理時間: 0.000161757 秒
reserveあり
処理時間: 0.000206844 秒
・sは1000文字、numRows = 1000
reserve無し
処理時間: 3.6マイクロ 秒
reserveあり
処理時間: 3.6マイクロ 秒
reserveを使うことで、リアロケーションは発生しなくなったが
1000文字では、実行速度に差が見られなかった。なのでリアロケーションの発生しないようにreserveを使うのがいいかなと思いました。
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さて、capacity の変化を見ると、合計1500文字くらい reallocation されていますね。
これが、概ね 50 ns というのは直感にあいますか。
機械語の知識の問題になりますが、CPU の周波数が 3GHz として、150クロックくらい。1クロックで8文字ずつ(64ビット)コピーされるとすると、1200文字となっておおむね辻褄が合います。
要するに、reserve を足すと、概ね3マイクロ秒で動くコードを 50 ナノ秒コードを改善したということです。このためにこの一行足す価値ありますか。
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@oda
ありがとうございます。
こういうのは統計誤差が大きいので、何回も呼んで、平均を取ります。
覚えておきます🙇♂️
参照先も確認しました。まさに自分は相対的な評価で考えておりました。
さて、capacity の変化を見ると、合計1500文字くらい reallocation されていますね。
これが、概ね 50 ns というのは直感にあいますか。
機械語の知識の問題になりますが、CPU の周波数が 3GHz として、150クロックくらい。1クロックで8文字ずつ(64ビット)コピーされるとすると、1200文字となっておおむね辻褄が合います。
直感に合うかどうか答えられなかったです。周波数やクロックという単語を認識しておりますが数値周りの理解ができていないので調べながら手元で計算しました。
1GHzだと、1sあたりに10^9(10億)回クロック信号が発信される。
3GHzだと、1sあたりに3 * 10^9 回クロック信号が発信される。
1s = 10^(-9) nsであり1nsあたりだと3クロックとなる。50ns(実験から)は、150クロックとなる。
64ビットCPUが1命令あたりに8バイト処理できると想定すると、150クロックで1200文字 (C++のChar1文字は1バイト)処理することができる。
・店頭に並ぶ多くのCPUのクロック周波数は、基本的に3.0 GHz台
https://chimolog.co/bto-cpu-clock/
・一般的なPCは64ビットCPU（x86-64)
https://ja.wikipedia.org/wiki/X64
要するに、reserve を足すと、概ね3マイクロ秒で動くコードを 50 ナノ秒コードを改善したということです。このためにこの一行足す価値ありますか。
レスポンスに対する要件を最重要とするならば入れてもいいと思いました。ただ入れることで今後、入力が1000文字以上になってくると固定値で管理しているので拡張性はないと思いました。
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そうですね。これが1ヶ月かかるプログラムのタイトなループの部分ならば半日速くなる話なので考えますね。
ただ、普通 50 ns 速くする方法というのは大量にあるので、それを全部採用していられないので、扱いやすさを優先します。
最低限、「パレート最適」、つまり、何かを改善しようとすると、何かが悪くなる、くらいにはよいコードを書きたいです。その中では比較的、コードの複雑さ(code complexity) が優先される事が多いです。
読みやすく、問題があったときにデバッグしやすく、修正しやすいのか、つまり、すべてのコードは未来においてマイナスを生み出しうるが、それは小さいのか、ということです。
https://discord.com/channels/1084280443945353267/1262688866326941718/1346868225446641678
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あ、もちろんどれを選ぶかは状況によります。
たとえば、標準ライブラリーだとどういう使われ方がするか分からない中で可能な限りチューニングします。Python の標準ライブラリーは一部 C で実装されていたりしますね。
| step2_1.cpp | ||
| step2.cppのvector<vector<char>>からvector<string>へ | ||
| Yoshiki-Iwasaさんの回答を参照 | ||
| 何度か調べた気がするが効率のいいstringの繋げ方を調べてみる |
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Java や Python など文字列が immutable な言語では重要な話ですが、C++ では、mutable で後ろに文字をつける分には大きな問題になりません。
前後に付けたり分割したりなどする必要があるならば、Rope というデータ構造などを使えばいいですが、そこまでする必要があることは少ないです。
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他言語のことをあまり意識できておりませんでした。
StringBuilderやjoinをレビュー時に見かけるのはこういった理由ですね。
| if (row == numRows - 1) { | ||
| is_downforward = false; | ||
| } | ||
| if (row == 0) { |
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@philip82148
ありがとうございます。確かに対称性があるのでこちらの方が読みやすいですね。
step4に追加しました。
| } | ||
| } | ||
|
|
||
| string converted = ""; |
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string conveted;で十分かつより効率的です(コンパイラの最適化でどっちも同じになりそうですが)。
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この部分ですが
オブジェクトが初期化されるルールがあるのは知っているのですが、型毎に異なりルールは複雑であるためイブジェクトを使う前には初期化しよう。というeffective C++に書かれていたことに従いました🙇♂️
stringなど基本的なものに関しては覚えた方が良さそうですんが。。。
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C++ではオブジェクトは宣言と同時に初期化されます(コンストラクタが呼び出されます)よ
オブジェクトじゃない組み込み型等(char、int、bool等)は初期化しないと値が不定になります
多分effective C++に書かれていたのはそっちじゃないでしょうか？
C++のオブジェクトはいろんなコンストラクタ呼び出しの仕方があって、
// デフォルトコンストラクタ呼び出し
string str;
// 明示的に呼び出す
string str(5, 'a');
// 変換コンストラクタ
string str = "aiueo";
// これは以下と同じ
string str("aiueo");
// 初期化子リスト(initializer lists)
string str({'a', 'i', 'u', 'e', 'o'});
// 一様初期化
string str{5, 'a'};
string str{"aiueo"};
string str{'a', 'i', 'u', 'e', 'o'};
// なお変換コンストラクタは右辺を第一引数にしてコンストラクタ呼び出ししているだけなので、
// (コンストラクタ定義にexplicitというキーワードが付いていない限り)他でもできます
string str = {'a', 'i', 'u', 'e', 'o'};他にもコピーコンストラクタやムーブコンストラクタ等があります。
どのコンストラクタを呼び出しているかは、毎回調べるのが良いと思いますよ
https://cpprefjp.github.io/reference/string/basic_string/op_constructor.html
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@philip82148 ありがとうございます。effective C++の19Pに組み込み型は初期化されない、vectorはいつでも保証されるのでこういった状況に対する良い方法はオブジェクトは使う前に必ず初期化する。と書かれておりました。
私は、この部分を組み込み型であってもなくてもオブジェクトは使う前に初期化しておけば安全と理解しておりました。
これは誤りかもしれませんので後ほどこの章を読み返してみます。
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| if (numRows == 1) { | ||
| return s; | ||
| } | ||
| vector<string> string_per_row(numRows); |
| } | ||
| vector<string> string_per_row(numRows); | ||
|
|
||
| bool is_downforward = true; |
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int direction = 1; // or -1
row += direction;というパターンもありです。
| for (const auto& str : string_per_row) { | ||
| converted += str; | ||
| } | ||
| return converted; |
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return reduce(string_per_row.begin(), string_per_row.end());でもいい(はず)です。
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@philip82148
reduceを知らなかったのでありがたいです。
https://en.cppreference.com/w/cpp/algorithm/reduce
step4で使ってみました。
内部的には毎回コピーが発生してそうなことは気になりました。
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それは確かにですね。そうなると
return accumulate(string_per_row.begin(), string_per_row.end(), string());ともできます。
この場合コピーは発生していなそうです。(おそらくC++20以降のみ)
参考:
https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/accumulate#2
https://timsong-cpp.github.io/cppwp/n4861/string.op.plus#2
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見積もることについて。
https://discord.com/channels/1084280443945353267/1200089668901937312/1202604551815954463 |
問題へのリンク
ZigZag Conversion
問題文(プレミアムの場合)
備考
次に解く問題の予告
Contains Duplicate
フォルダ構成
LeetCodeの問題ごとにフォルダを作成します。
フォルダ内は、step1.cpp、step2.cpp、step2_1.cpp、step2_2.cpp、step3.cppとmemo.mdとなります。
memo.md内に各ステップで感じたことを追記します。