使用智能指针建模所有权的含义

Question

我目前手动管理项目中对象的生命周期。我正在考虑切换到智能指针，特别是tr1::shared_pointer和tr1::weak_ptr。然而，我遇到了一些问题，希望得到一些最佳实践的建议。

考虑以下类图：

在这个图中，粗箭头表示具有所有权语义的关联（源负责删除目标或目标）。细箭头表示没有所有权的关联。

据我所知，实现具有所有权语义的关联的一种方法是使用tr1::shared_ptr（或其集合）。其他关联可以使用tr1::shared_ptr或tr1::weak_ptr来实现。如果可能导致循环引用，则不能使用前者，因为那会防止正确释放资源。

正如您所看到的，Edge和Side类之间存在一圈关联。我可以轻松地通过使用tr1::weak_ptrs从Edge到Side实现“left”和“right”关联来打破这个圈子。但是，我更喜欢使用智能指针来记录代码中关联的所有权语义。因此，我只想在图中由粗箭头表示的关联中使用shared_ptrs，并在其他所有情况下使用weak_ptrs。

现在我的第一个问题是：我应该像上面描述的那样慷慨地使用weak_ptrs，还是尽可能少地使用它们（仅避免循环引用）？

下一个问题是：假设我有一个计算一组顶点平均值的函数。进一步假设我已经实现了从Polyhedron到其顶点的关联，如下所示：

class Vertex;
class Polyhedron {
protected:
    std::vector<std::tr1::shared_ptr<Vertex> > m_vertices;
};

我已经实现了从一个侧面到其顶点的关联，方法如下：

class Vertex;
class Side {
protected:
    std::vector<std::tr1::weak_ptr<Vertex> > m_vertices;
};

注意，面的顶点集是多面体顶点集的子集。现在假设我有一个计算一组顶点平均值的函数。该函数当前声明如下：

const Vertex centerOfVertices(std::vector<Vertex*> vertices);

现在，如果我按照上述方式表示关联，如果我理解正确的话，我需要两个函数：

const Vertex centerOfVertices(std::vector<std::tr1::shared_ptr<Vertex> > vertices);
const Vertex centerOfVertices(std::vector<std::tr1::weak_ptr<Vertex> > vertices);

我无法将shared_ptr的向量转换为weak_ptr的向量，这让我感到有些奇怪。我想知道在这种情况下应该采取什么方法来避免这种情况。

- Kristian Duske

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我认为这将滥用 shared_ptr，我没有仔细阅读，但似乎没有任何东西实际上共享所有权。相反，请使用 unique_ptr 和原始指针，并向您提供（弱）原始指针的系统保证指向的对象在其范围内将有效。 - David

如果我知道 side 代表什么，我会更好地理解这个的。它是指 '面' 吗？ - Rook

@JohnDibling 谢谢你指出这一点，我之前不知道。 - Kristian Duske

Dave：那里的主要实体都没有“所有者”或“父级”的严格定义。当多面体相遇时，它们可能共享顶点、边和顶点，或边、顶点和面。我认为这就是OP想要表示的内容。 - Rook

@Dave 这只是模型的一个子集，模型中可能还有其他共享所有权的地方，但并非全部，因此 unique_ptr 对我也很重要。 - Kristian Duske

Answer 1

然而，我更喜欢使用智能指针来在代码中记录关联的所有权语义。

正是如此。毕竟这正是它们完美表达的。

因此，我想仅针对图表中表示为粗箭头的关联使用shared_ptrs，而对其他所有内容使用weak_ptrs。

去试试吧，但有一个警告：你的所有权看起来根本不像shared所有权，而是简单的唯一所有权。因此，在这里适当的智能指针不是shared_ptr，而是std::unique_ptr，而弱指针将变成裸指针。

现在，如果我按上述方式表示关联，我突然需要两个函数...

是的。或者你可以使用模板。

另外，由于该函数实际上并不关心共享所有权，因此您可以向其传递裸指针，但这当然意味着首先从结构中获取裸指针，这需要为客户端添加步骤，这可能不利于接口。

- Konrad Rudolph

Answer 2

使用共享指针似乎很明智，特别是当您发现顶点等可以在多个多面体之间共享时。

要将弱指针向量转换为共享指针向量，请使用显式构造函数：

centerOfVertices(std::vector<std::tr1::shared_ptr<Vertex> >(vertices.begin(), vertices.end()));

- ecatmur

Answer 3

你当然也可以使用shared_ptr来处理循环引用。在某些罕见的情况下，这实际上是有意义的。但是，你必须小心地在完成对象后打破循环。

- gexicide