что такое индексатор в c
Индексаторы
Если все же вам еще интересно, зачем они нужны, то начнем с определений. Индексаторы могут быть одно- или многомерными.
Одномерные индексаторы
Общая форма одномерного индексатора:
где тип_элемента обозначает конкретный тип элемента индексатора. Следовательно, у каждого элемента, доступного с помощью индексатора, должен быть определенный тип_элемента. Этот тип соответствует типу элемента массива. Параметр индекс получает конкретный индекс элемента, к которому осуществляется доступ. Формально этот параметр совсем не обязательно должен иметь тип int, но чаще всего используется целочисленный тип данного параметра.
В теле индексатора определены два аксессора (средства доступа к данным, см. также статью о свойствах): get и set. Аксессор подобен методу, за исключением того, что в нем не объявляется тип возвращаемого значения или параметры. Аксессоры вызываются автоматически при использовании индексатора, и оба получают индекс в качестве параметра. Так, если индексатор указывается в левой части оператора присваивания, то вызывается аксессор set и устанавливается элемент, на который указывает параметр индекс. В противном случае вызывается аксессор get и возвращается значение, соответствующее параметру индекс. Кроме того, аксессор set получает неявный параметр value, содержащий значение, присваиваемое по указанному индексу.
Давайте рассмотрим пример:
В текущем классе MA определен индексатор а1, позволяющий вызывающему коду идентифицировать элементы (объекты) с применением числовых значений индекса (как в массиве). В статье Массивы найдите пример с объявлением массива объектов, сравните коды и найдите отличия.
На применение индексаторов накладываются два существенных ограничения. Во-первых, значение, выдаваемое индексатором, нельзя передавать методу в качестве параметра ref или out, поскольку в индексаторе не определено место в памяти для его хранения. И во-вторых, индексатор должен быть членом своего класса и поэтому не может быть объявлен как static.
Многомерные индексаторы
Пример индексатора, принимающего несколько параметров:
После инициализации индексатора далее с ним можем работать как с двухмерным массивом целых чисел. Небольшой плюс индексатора: размерности (число строк и столбцов) являются членами класса. Замените 2 строку в методе Main( ) на:
т.е. объявим массив a2. Тогда в задании верхних границ индексов будет ошибки типа:
«System.Array» не содержит определения для «r» и не был найден метод расширения «r», принимающий тип «System.Array» в качестве первого аргумента.
Впрочем, если объявите класс МА3:
и внесете изменения в вызов элементов массива (выделено красным):
то вы получите практически тоже, что и с индексатором. Плюс только в том, что вы обращаетесь к элементу индексатора a2[i, j], а к элементу массива через поле ar: a2.ar[i, j].
Использование индексаторов. Руководство по программированию на C#
Чтобы объявить индексатор для класса или структуры, используйте ключевое слово this, как в следующем примере:
Примечания
Тип индексатора и типы его параметров должны иметь по крайней мере такой же уровень доступности, как и сам индексатор. Дополнительные сведения об уровнях доступа см. в разделе Модификаторы доступа.
Дополнительные сведения об использовании индексаторов с интерфейсом см. в разделе Индексаторы интерфейса.
Сигнатура индексатора определяет число и типы его формальных параметров. В ней не указываются тип индексатора или имена его формальных параметров. Если для одного класса объявляется несколько индексаторов, они должны иметь разные сигнатуры.
Значение индексатора не классифицируется как переменная и, соответственно, не может передаваться в качестве параметра ref или out.
Чтобы присвоить индексатору имя, которое можно использовать в других языках, используйте System.Runtime.CompilerServices.IndexerNameAttribute, как показано в этом примере:
Пример 1
Индексирование с использованием других значений
В C# тип параметра индексатора не ограничивается целочисленными значениями. Например, в качестве индексатора могут использоваться строки. Такой индексатор можно реализовать путем поиска строки в коллекции с возвратом соответствующего значения. Поскольку методы доступа можно перегружать, строковые и целочисленные версии могут сосуществовать.
Пример 2
Этот пример объявляет класс, который хранит названия дней недели. Метод доступа get принимает название дня в виде строкового значения и возвращает соответствующее целое число. Например, для Sunday возвращается значение 0, для Monday — 1 и т. д.
Пример использования 2
Пример 3
В этом примере объявляется класс, в котором хранятся названия дней недели с использованием перечисления System.DayOfWeek. Метод доступа get принимает название дня ( DayOfWeek ) в виде строкового значения и возвращает соответствующее целое число. Например, для DayOfWeek.Sunday возвращается 0, для DayOfWeek.Monday — 1 и т. д.
Пример использования 3
Отказоустойчивость
Повысить безопасность и надежность индексаторов можно двумя способами:
Реализуйте стратегию обработки ошибок, предусматривающую действия в ситуациях, когда из клиентского кода передается недопустимое значение индекса. В первом примере из этого раздела класс TempRecord содержит свойство Length, с помощью которого клиентский код проверяет введенное значение, прежде чем передать его в индексатор. Кроме того, код обработки ошибок можно поместить в сам индексатор. Не забудьте задокументировать исключения, которые будут вызываться в методе доступа индексатора, для других пользователей.
Индексаторы (Руководство по программированию в C#)
Индексаторы позволяют индексировать экземпляры класса или структуры точно так же, как и массивы. Индексированное значение можно задавать или получать без явного указания типа или экземпляра элемента. Индексаторы действуют как свойства, за исключением того, что их акцессоры принимают параметры.
В следующем примере определяется универсальный класс с простыми акцессорами get и set для назначения и получения значений. Класс Program создает экземпляр этого класса для хранения строк.
Дополнительные примеры см. в разделе Связанные разделы.
Определения текста выражений
Довольно часто акцессор get или set индексатора состоит из одной инструкции, которая просто возвращает или задает значение. Члены, воплощающие выражение, предоставляют упрощенный синтаксис для поддержки такого варианта использования. Начиная с версии C# 6, доступные только для чтения индексаторы можно реализовать в виде члена, воплощающего выражение, как показано в следующем примере.
Обратите внимание, что => представляет тело выражения, а ключевое слово get не используется.
Начиная с версии C# 7.0, методы доступа get и set можно реализовывать в виде членов с телом в виде выражения. В этом случае необходимо указывать оба ключевых слова ( get и set ). Пример:
Общие сведения об индексаторах
Индексаторы позволяют индексировать объекты так же, как и массивы.
Метод доступа get возвращает значение. Метод доступа set назначает значение.
Ключевое слово this используется для определения индексаторов.
Индексаторы не нужно индексировать по целому значению; пользователь может определить конкретный механизм поиска на свое усмотрение.
Индексаторы могут быть перегружены.
Индексаторы могут иметь более одного формального параметра, например при доступе к двумерному массиву.
Связанные разделы
Спецификация языка C#
Дополнительные сведения см. в разделе Индексаторы в Спецификации языка C#. Спецификация языка является предписывающим источником информации о синтаксисе и использовании языка C#.
Индексаторы в C# под капотом: индексируем лучше Доу-Джонса
Доброго времени суток. В данной статье я предлагаю ознакомиться с индексаторами в различных типах. Посмотрим код языка ассемблера для данных индексаторов и характеристики каждой инструкций по ее скорости. Также я предложу несколько очевидных выводов. Но что именно использовать в конкретно вашей ситуации решать вам — стоит ли жертвовать удобством ради скорости или наоборот.
Метрики
Код языка ассемблера приведен для 64 битных систем. В качестве метрик для каждой инструкции были выбраны: количество слитых микро-операций, общее количество микро-операций, задержка, пропускная способность и, разумеется, количество инструкций. Приводить какие-то цифры в целом для индексатора я не стал, т.к. ситуация может меняться в зависимости от способов работы с индексируемым типом и по-разному влиять на кеш.
Ниже приведена краткая сводка по терминологии, без копания вглубь, просто концептуальные понятия. Я ставил целью описать все как можно проще, для общего понимания.
Микро-операция (uop) — некая операция из которых состоит каждая инструкция. Концепция микро-операций используется для таких оптимизаций, как слияние, кеширование и переупорядочивание. Так, например, инструкция MOV состоит из 1 микро-операции, в то время как инструкция XCHG над двумя регистрами состоит из 3 микро-операций (используется подход через «временную переменную», то есть внутренний регистр, спасибо leotsarev за апдейт), инструкция XCHG над регистром и памятью состоит из 8 микро-операций.
Слитые микро-операции (fused uops) — как уже было упомянуто выше, слияние микро-операций — одна из оптимизаций. Заключается она в замене двух микро-операций одной более сложной.
Задержка (latency) — число тактов, после которого данные, используемые в этой инструкции станут доступны для использования другой инструкцией.
Пропускная способность (Reciprocal throughput) — число тактов, требуемое для выполнения одной инструкции, при условии, что выполняется последовательность одинаковых инструкций и они оперируют независимыми данными.
Опираясь на эти показатели можно оценить производительность того или иного набора инструкций. Прошу обратить внимание, что мы можем лишь «оценить», реальная производительность зависит от множества факторов, таких как попадание или промах кеша, зависимость по данным и т.п.
Данные показатели приведены для процессора Intel архитектуры Skylake-X. Это соответствует моему процессору Intel Core i7-6700.
Также стоит помнить, что fastcall для 64 битных систем обеспечивает передачу не 2, а 4 параметров в регистрах (rcx, rdx, r8, r9).
Индексаторы в цифрах
1. Индексатор массива
Рассматривать будем на примере методов следующего вида:
Рассмотрим код языка ассемблера для этого фрагмента.
В первой строке проверяется, не выходит ли индекс за границы массива. Во второй строке кидается исключение, если выходит. Далее мы высчитываем позицию элемента в массиве. Первые поля в массиве являются служебной информацией, так что нам необходимо их пропустить (дополнительные 10h = 16 байт).
| № | Fused uops | Total uops | Latency | Reciprocal throughput |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 1 | 0.5 |
| 2 | 1 | 1 | 1-2 | |
| 3 | 1 | 1 | 1 | 0.25 |
| 4 | 1 | 1 | 2 | 0.5 |
2. Любимый всеми List<>
Код языка ассемблера:
Здесь инструкций явно больше. Отчетливо видно, что индексатор листа оборачивает индексатор массива. Интересный момент — проверка на выход за границы массива здесь осуществляется дважды. Итак, первая инструкция проверяет, выходит ли индекс за границы листа. Если выходит, то мы прыгаем (инструкция 2) на вполне очевидный вызов, кидающий исключение в случае выхода за границы массива. В этой проверке границ используется внутреннее поле листа, которое является вторым по порядку (смещение в 10h (16) байт от начала типа, 8 на указатель на таблицу методов и 8 на ссылку на внутренний массив — первое поле). В третей строке мы помещаем в регистр rax адрес внутреннего массива — первое поле (по аналогии смещение в 8 байт — указатель на таблицу методов). Далее следует уже знакомый участок — обращение по индексу для массива (строки 4 — 7). Здесь же для проверки границ используется внутреннее поле массива.
Я старался убирать вещи, не относящиеся непосредственно к индексации, но тут стоит оставить ret чтобы не казалось, что в конце каждого обращения к элементу листа будет исключение 😀
Кстати, чтобы не мучить вас домыслами, прошу ознакомиться с реализацией листа по ссылке. Приведение типа к беззнаковому инту используется для уменьшения числа сравнений.
В итоге получаем 7 инструкций для успешного обращения по индексу, что на 3 больше чем в массиве.
| № | Fused uops | Total uops | Latency | Reciprocal throughput |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 1 | 0.5 |
| 2 | 1 | 1 | 1-2 | |
| 3 | 1 | 1 | 2 | 0.5 |
| 4 | 1 | 2 | 1 | 0.5 |
| 5 | 1 | 1 | 1-2 | |
| 6 | 1 | 1 | 1 | 0.25 |
| 7 | 1 | 1 | 2 | 0.5 |
Новинка — Span<>
И на языке ассемблера:
Вызовы методов или ссылки на поля, помеченные атрибутом [Intrinsic] имеют поддержку со стороны рантайма.
В CoreCLR, тела таких методов заменяются EE (Execution engine) на небезопасный код (unsafe). Если нужно больше деталей, то можно начать копать с метода getILIntrinsicImplementationForUnsafe.
Информацию о том, как это работает в CoreRT (который меня мало интересует),
можно начать искать в Internal.IL.Stubs.UnsafeIntrinsics.
С учетом такой поддержки со стороны райнтайма, чтобы понять, что конкретно будет происходить за кулисами, имеет смысл смотреть на инструкции языка ассемблера, что мы и сделали.
| № | Fused uops | Total uops | Latency | Reciprocal throughput |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 1 | 2 | 1 | 0.5 |
| 2 | 1 | 1 | 1-2 | |
| 3 | 1 | 1 | 2 | 0.5 |
| 4 | 1 | 1 | 1 | 0.25 |
| 5 | 1 | 1 | 2 | 0.5 |
Все индексаторы имеют сильную зависимость по данным: инструкции используют результаты предыдущих. Никаких необычных результатов здесь нет, да и не должно было быть. Но теперь понятен оверхед, который появляется в том или ином случае. Немного очевидных выводов. Если алгоритм подразумевает очень частые обращения по индексам, то есть смысл подумать о замене листа на массив. Если же обращение идет не очень часто, то, возможно, будет удобней использовать лист, который предоставляет очень удобное апи и имеет не такой большой оверхед (напоминаю, что следует следить за расширениями внутреннего массива).
Теперь попробуем посмотреть на разные способы, с помощью которых мы можем задать двумерный массив: массив массивов (jagged array) и многомерный массив (multidimensional array).
4. Многомерный массив (multidimensional array)
Все в принципе понятно — 2 проверки на границы массива, дальше высчитывание индекса и обращение. Хранится этот массив в памяти одним фрагментом.
BestProg
Индексаторы. Одномерные и многомерные индексаторы. Индексаторы без базового массива. Перегрузка индексаторов
Содержание
Поиск на других ресурсах:
1. Что называется индексатором? Каким образом индексаторы применяются в программах? Общая форма объявления индексатора
Чтобы использовать индексаторы в программах нужно объявить класс, содержащий индексатор. Класс может иметь внутренний массив, к элементам которого осуществляется доступ с помощью индексатора. После объявления класса с индексатором можно использовать объект этого класса как массив (с помощью прямоугольных скобок [ ] ). Чтобы использовать индексатор, он должен быть объявлен как public.
Так как и массивы, индексаторы могут быть одномерные и многомерные.
Общая форма объявления индексатора в некотором классе:
⇑
2. Пример объявления одномерного индексатора, который возвращает значение типа char
Демонстрация использования класса в другом программном коде
⇑
3. Пример объявления одномерного индексатора, возвращающего значение типа int
Использование класса IntArray в другом программном коде
⇑
4. Пример объявления одномерного индексатора в котором реализован индекс типа char
Использование класса в другом программном коде
⇑
5. Пример объявления двумерного индексатора
Использование класса TwoDimIndexes в некотором программном коде
⇑
6. Пример объявления трехмерного индексатора
Объявляется класс, который содержит трехмерный индексатор
Использование класса в другом программном коде
⇑
7. Какие особенности использования индексаторов без базового массива
В классе не обязательно объявлять внутреннюю переменную-массив для того, чтобы использовать индексатор. Конечно, данные можно сохранять и во внутренней переменной (массиве). Однако, бывают случаи, когда значение элементов массива формируются программно, то есть поддаются некоторой закономерности или формуле. В этих случаях не обязательно объявлять внутренний массив, для сохранения которого нужна дополнительная память.
⇑
8. Пример объявления класса, который содержит индексатор, но не содержит базового массива. Вычисление значения n-го числа Фибоначчи
Реализация класса имеет следующий вид
Использование класса CFibonacci в другом программном коде
⇑
9. Что называется перегрузкой индексаторов?
В общем виде реализация такого класса выглядит следующим чином:
⇑
10. Пример объявления класса, в котором используются перегруженные индексаторы
В классе CDoubleArray демонстрируется использование перегруженного индексатора
Использование класса CDoubleArray в другом программном коде