연관 컨테이너에 find_if()를 쓴다구요?

연관 컨테이너는 데이터를 추가 할 때 내부에 hash table이나 tree 구조를 유지해서 많은 원소가 삽입 되더라도 원하는 값을 빠른 속도로 검색 하는것이 가능하도록 해준다.

어떤 key가 주어 졌을 때 이것이 정확히 원하는 값이 아니 더 라도 특정한 범위에 들면 해당 Block을 반환하는 코딩을 하고 있었는데, 생각보다 map이나 set 같은 연관 컨테이너에 find_if()로 조건을 주는 코드 레퍼런스들이 많았다. 예를 들면 다음과 같이 주어진 set에 대해 find_if()로 모든 원소들을 돌면서 주어진 key가 들어 갈 수 있는 Block 찾는 것과 같은 경우이다.

find_if(
  s.begin(), s.end(),
  [findKey](const Block* el) {
    return findKey >= el->blkBase \
      && findKey < (el->blkBase + el->blkSize); });

주어진 원소의 수가 얼마 없다면 이런 종류의 코드가 별 무리가 없겠지만, 원소의 수가 많아지면 두드러지는 성능 차이를 보인다. 다음은 이와 같이 find_if()로 모든 원소들을 방문해 가며 range에 속하는지 검사하는 코드를 vector, map, set에 대해서 10만개의 원소로 돌린 것인데, 오히려 vector에 비해 map과 set이 각각 4배에서 6배 정도의 느린 검색 성능을 보여 준다.

[Vector]
100000 items pushed to vector.
Insertion: 13ms
Searching: 28879ms

[Map]
100000 items pushed to map.
Insertion: 63ms
Searching: 120259ms

[Set]
100000 items pushed to set.
Insertion: 60ms
Searching: 193998ms

연관 컨테이너 들은 원소를 추가할 때 효율적인 검색을 위한 부가적인 동작을 수행해야 하므로 insertion에 시간이 조금 더 걸리는 건 그렇다 쳐도, 원소의 수에 따라 선형적으로 검색 시간이 증가하는 vector에 비해 4배에서 6배 정도의 검색 시간이 더 드는 결과는 연관 컨테이너에 대해 find_if()를 들이 대는 자체가 현명한 생각인가 하는 의구심이 들게 한다. 즉, find_if()를 사용하면 주어진 컨테이너의 구조에 맞게 효율적으로 iteration을 해 주고 그런거 없다. 적어도 g++(v7.5.0)에서는.

그렇다면 이 경우 처럼, C++에서 특정한 값이 아니라 주어진 키가 범위에 드는지 검사하고 싶은 경우는 어떻게 해야 할까? Java의 Navigatable* 만큼은 세부적이진 않지만 C++의 map과 set 모두 주어진 key에서 가장 가까운 값을 반환하는 lower_bound() / upper_bound()를 제공한다. 이를 이용해서 다음과 같이 반환된 객체에 대해서만 추가로 검사를 해서 범위에 드는지 확인하면 보다 효율적으로 구현할 수 있다.

auto re = s.lower_bound(&findBlk);
auto el = *re;
if (re != s.end()
    && (findKey >= el->blkBase && findKey < (el->blkBase + el->blkSize))) {
}

이렇게 find_if()로 모든 원소들을 방문하는 것이 아닌, lower_bound()로 반환 받은 결과만 검사하는 방법으로 위와 같은 10만개의 원소에 대해 돌려보면 기대했던 바와 같이 vector보다 훨씬 좋은 연관 컨테이너의 검색 속도를 볼 수 있다.

[Vector]
100000 items pushed to vector.
Insertion: 13ms
Searching: 29765ms

[Map]
100000 items pushed to map.
Insertion: 62ms
Searching: 35ms

[Set]
100000 items pushed to set.
Insertion: 62ms
Searching: 36ms

시험에 사용한 전체 코드는 GitHub Gist에 붙여둔다.

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