何时使用指针，何时不使用？

Question

我习惯于使用Java进行编程，在Java中你几乎不需要考虑指针。但目前我正在写C++程序。在创建包含其他类成员的类时，何时应该使用指针，何时不应该使用？例如，什么时候会想要这样做：

class Foo {
    Bar b;
}

与此相反：

class Foo {
    Bar* b;
}

- Alex

Answer 1

避免使用指针。

以下情况下可以使用它们：

• 你想要使用Pimpl idiom，或者抽象工厂模式。
• Bar 实例实际上由程序的其他部分管理，而 Foo 类只需要能够访问它。
• 你希望推迟构造 Bar 对象（也就是说，你希望在构造 Foo 之后创建它）。
• 在你的业务逻辑中，Bar 对象可能根本不存在；在 Java 中，你将使用 null。但是，还可以看看boost::optional。
• Bar 实际上是一个基类，而且你需要该实例是多态的。
• 你恰好正在使用一种工具包，它倾向于将 GUI 小部件表示为指针。例如（但不限于）wxWidgets 和 GLUI。

在任何这些情况 (*)下，从使用智能指针开始，例如 boost::shared_ptr。否则，你很可能会忘记释放内存，迟早会出问题。一旦你知道你在做什么，请逐案考虑什么类型的指针最好。

(*) 任何情况 - 除了可能与 GUI 小部件相关的项目；在这种情况下，你的工具包很可能也会为你管理资源。

- Pukku

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如果你正在编写工具包（这通常是我的情况），那么你可以选择使用智能指针来解决指针问题。我从未遇到过智能指针无法解决的指针问题，因此我不会说“一定要用它们！”，但是在大多数情况下，“使用智能指针是最容易的方法”。 - strager

也许只有我一个人这么认为，但我认为特别是初学者应该（当然不要在实际项目中）先尝试使用原始指针。我认为这类似于“IDE / 没有IDE”的问题。他们应该学习了解智能指针何时有用以及它们避免哪些陷阱。 - Johannes Schaub - litb

@litb：我同意你的观点。如果你问的是关于实际项目的最佳实践（这是我回答的问题），或者学习理解基本知识，答案可能会有所不同。另一方面，我认为他已经知道如何在基本情况下使用原始指针了。 - Reunanen

起点应该是 boost::scoped_ptr，只有在需要那种功能时才使用 shared_ptr。 - Patrick

如果您正在使用Qt进行编程，请使用QPointer<T>作为智能指针。 - Nathan Moos

Answer 2

class Foo {
    Bar b;
}

b被包含在Foo中。如果Foo对象结束生命周期，b也会自动结束生命周期。这就是组合的模型。上面的b表示对象本身，而不仅仅是像Java中的指针。因此，如果b超出作用域，对象也将结束生命周期。

class Foo {
    Bar * b;
}

这里，对象b指向的是Foo对象使用或引用的内容。如果Foo对象结束其生命周期，b指向的对象可能会继续存在，具体取决于情况。这可以用来模拟聚合和一般关系。例如，该对象可以与其他Foo对象共享。

指针在C++中与Java中的引用类似。它们也可以指向空值。如果一个指针指向空值，则称为空指针。

与指针类似的是引用。在C++中，引用必须被初始化，并且只能指向一个（有效的）对象，对于该引用被初始化时所指的对象而言。因此，引用不能持有可表示“空值”的值，如Java中的null。

- litb

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这可能有点晚了，但在第一段中，你不应该说“如果Foo对象结束生命周期，b自动结束生命周期”，而不是在Foo的位置上使用Bar。 - His

很好的答案。第一种情况（组合）是在Bar依赖于Foo时使用的（汽车的轮子是汽车的一部分），而第二种情况（聚合）是当Bar独立于Foo时使用的（驾驶汽车的人不是汽车的一部分）。 - Abdel Aleem

Answer 3

在第一个例子中，当你构造Foo对象时，Bar对象的内存将会自动分配。而在第二个例子中，你需要手动分配内存。因此，你必须调用：

Foo *foo = new Foo();
foo->b = new Bar();

如果Bar对象很大，您不想将其与Foo对象捆绑在一起，那么这种方法可能是可取的。当Bar对象的构建与Foo对象的创建无关时，这也是可取的。在这种情况下，b对象被“注入”到foo中：

Foo *foo = new Foo();
foo->b = b_ptr;

在某个地方构造了b_ptr，并将指针传递给foo。

对于较小的对象来说，这是很危险的，因为你可能会忘记分配内存。

- kgiannakakis

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new 返回一个指针，而不是一个值。你是想用 Foo foo; 还是 Foo foo = Foo(); 代替？ - strager

Answer 4

在不同的情况下，两者都可以。例如，如果您知道如何在构造类Foo的对象时构造b，则第一种方法是可行的。但是，如果您不知道，唯一的选择就是使用第二种方法。

- PolyThinker

Answer 5

你需要进行一些汇编语言编程，并且要深入了解内存布局。C语言只是一种跨平台的汇编语言，不像Java或其他语言。要正确地使用它，应该理解底层细节。

所有发表的评论都是有效的，但对于像你这样从高级语言转到C语言的人来说，拥有这种经验将会更加有益。通过透彻的理解，你不再会问那样的问题了。

- valenok

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请注意，这个问题是关于C++而不是C的。 - Reunanen

但是新手不知道C++和C之间的区别。这仍然是一个很好的建议。 - toto