指向向量的指针 vs 指针向量 vs 指向指针向量的指针

Question

想知道在 C++ 中关于向量的最佳实践是什么。

如果我有一个包含矢量成员变量的类。那么这个向量应该何时声明为：

1. 包含值的“整个对象”向量成员变量，即 vector<MyClass> my_vector;
2. 指向向量的指针，即 vector<MyClass>* my_vector;
3. 指向指针的向量，即 vector<MyClass*> my_vector;
4. 指向指针向量的指针，即 vector<MyClass*>* my_vector;

我有一个具体的例子，在我的一个类中，我当前将向量声明为情况 4，即 vector<AnotherClass*>* my_vector;，其中 AnotherClass 是我创建的另一个类之一。

然后，在构造函数的初始化列表中，我使用 new 创建了这个向量：

MyClass::MyClass()
: my_vector(new vector<AnotherClass*>())
{}

在我的析构函数中，我执行以下操作：

MyClass::~MyClass()
{
  for (int i=my_vector->size(); i>0; i--)
  {
    delete my_vector->at(i-1);
  }
  delete my_vector;
}

我的类的某个方法中，向量的元素被添加。我无法提前知道有多少对象将被添加到我的向量中。这是在代码执行时基于解析 xml 文件时决定的。

这种做法好吗？或者应该将向量声明为其他情况之一：1、2 或 3？

什么情况下使用哪种情况？

我知道如果向量元素是另一个类的子类（多态），则应该使用指针作为向量元素。但是，在其他情况下应该使用指针吗？

非常感谢！！

- Lisa

Answer 1

通常情况下，解决方案1是您想要的，因为它是C++中最简单的：您不必担心管理内存，C++会为您完成所有这些工作（例如，您就不需要提供任何析构函数）。

有特定情况下，这种方法不起作用（尤其是在使用多态对象时），但总体而言，这是唯一好的方式。

即使在使用多态对象或需要堆分配对象（出于任何原因）时，裸指针也几乎从来不是一个好主意。相反，请使用智能指针或智能指针容器。现代C++编译器提供了即将到来的C++标准的shared_ptr。如果您正在使用尚未具备此功能的编译器，则可以使用Boost实现。

- Konrad Rudolph

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我想知道为什么人们在这种情况下从不提及 Boost.Pointer Container 或 Boost.Reference。 - Björn Pollex

@Space 我有一些了解：“使用智能指针或智能指针容器。” 但我从未使用过它们，因此我不太自信谈论它们的好处。 - Konrad Rudolph

@Konrad：“……在容器中使用原始指针几乎从来都不是一个好主意。”只是好奇——除了在容器中使用原始指针的（手动）内存管理方面外，还有什么其他原因不能在容器中使用原始指针吗？我依稀记得有一个类似于这样的原因：“随着容器（比如vector）的增长 / 收缩，它们可能会分配 / 释放 / 复制 / 移动它们的内容，如果它们的内容是指向对象的原始指针而不是 shared_ptr，则可能会引起问题 / 不良副作用。这是准确 / 正确的吗？ - decimus phostle

@decimus 这难道不足以成为一个理由吗？我认为你提到的理由并不完全准确。指针本身可以被复制和移动而不会出现任何问题。只有当对象需要管理这些指针时才会变得棘手，因为这时你需要提供适当的复制和赋值语义。 - Konrad Rudolph

@KonradRudolph 对不起，我以为你在谈论这个 vector<MyClass>* my_vector;，但我刚刚注意到你是在谈论传统的那个，没有任何指针的东西。我的错。 - Everyone

Answer 2

绝对是第一！

您使用向量进行自动内存管理。使用指向向量的原始指针意味着您不再获得自动内存管理，这是没有意义的。

至于值类型：所有容器基本上都假定具有值类似的语义。同样，当使用指针时，您必须进行内存管理，而向量的目的就是为您完成此操作。这也在书籍C++编码标准的第79项中进行了描述。如果需要使用共享所有权或“弱”链接，请改用适当的智能指针。

- ltjax

Answer 3

手动删除向量中的所有元素是一种反模式，并违反了C++中的RAII习惯用法。因此，如果您必须在vector中存储对象的指针，则最好使用“智能指针”（例如boost::shared_ptr）来方便资源销毁。例如，boost::shared_ptr在销毁对象的最后一个引用时自动调用delete。

另外，没有必要使用new分配MyClass::my_vector。一个简单的解决方案是：

class MyClass {

   std::vector<whatever> m_vector;
};

假设whatever是一个智能指针类型，那么就不需要额外的工作。这就是全部，当MyClass实例的生命周期结束时，所有资源都会自动销毁。

在许多情况下，您甚至可以使用一个简单的std::vector<MyClass> - 当向量中的对象可以安全复制时，就可以这样做。

- Alexander Gessler

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当你说“手动删除向量中的所有元素”时，你是指不是在析构函数中吗？根据维基百科链接的解释：“资源获取即初始化（RAII）是指资源在对象创建时被获取，并在相同对象的销毁时被释放，即使发生错误也能保证执行。”这是否意味着如果你在析构函数中删除向量中的元素，就不会违反RAII原则？ - tir38

Answer 4

在你的例子中，向量是在对象创建时创建的，并且在对象销毁时被销毁。这正是当将vector作为类的普通成员时所得到的行为。

此外，在你目前的方法中，当复制对象时会遇到问题。默认情况下，指针会导致平面复制，这意味着所有对象的副本都共享同一个向量。这就是为什么，如果你手动管理资源，通常需要大三件套的原因。

指针的向量在多态对象的情况下很有用，但你应该考虑其他选择：

1. 如果向量拥有对象（这意味着它们的生命周期受向量的限制），您可以使用 boost::ptr_vector。
2. 如果对象不是由向量拥有，您可以使用 boost::shared_ptr 的向量，或者使用 boost::ref 的向量。

- Björn Pollex

Answer 5

指向 vector 的指针很少有用 - 构造和析构 vector 的成本很低。

对于 vector 中的元素，没有正确答案。 vector 有多经常更改？复制构造 vector 中的元素的成本有多高？其他容器是否有引用或指向 vector 元素的指针？

作为经验法则，我会选择不使用指针，直到您“看到”或“测量”您的类的复制成本很高。当然，您提到的情况，即在 vector 中存储基类的各种子类，将需要使用指针。

如果您的设计否则需要您使用指针作为 vector 元素，则像 boost::shared_ptr 这样的引用计数智能指针可能是最佳选择。

- Erik

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所以在我的例子中，如果_AnotherClass_是一个有很多成员变量的大类，将这些元素存储为向量中的指针可能是一个好主意？以避免复制大对象。 - Lisa

@Lisa：没错。正确的答案只能是“这要看情况”。 - Erik

你能详细说明第一点吗 - “指向向量的指针很少有用 - 向量的构造和析构很便宜。” 为什么？ - dmonopoly

Answer 6

复杂的答案：这取决于情况。

如果您的向量是共享的或者其生命周期与嵌入它的类不同，那么最好将其保留为指针。 如果您引用的对象没有（或具有昂贵的）复制构造函数，则最好保留指针的向量。相反，如果您的对象使用浅拷贝，则使用对象的向量可以防止泄漏...

- Bruce