使用std::shared_ptr<void>指向任何对象

Question

我在我的应用程序中使用了一个 std::shared_ptr<void> 来创建一个智能指针，它可以指向许多不同类型的数据结构，如结构体、向量、矩阵等等。我试图做的是将一些名称映射到它们的数据结构。

我正在使用哈希表执行映射: std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr<void>> 我能否将 find()返回的 std::shared_ptr<void> 强制转换回 std::shared_ptr<my_type>？如果可以，如何实现？

更重要的是，这是一个好的实践吗？随着应用程序规模的增长，这会增加复杂性吗？或者，还有完全不同的优雅方法吗？

编辑：

可能无法使用`Boost.Any'，因为它使用了RTTI。

也不能为所有这些数据结构使用一个基类，因为其中一些是STL容器，比如 std::vector。

关于下面的一个回答中讨论的shared_ptr删除问题，我了解到shared_ptr执行类型擦除并存储类型信息以知道调用哪个析构函数。

共享void指针。为什么这样可以？

为什么std::shared_ptr<void>有效？

为什么没有专门的shared_ptr<void>？

但我对此不是很确定。

- Bruce

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你可能想看一下Boost Any。 - Some programmer dude

http://static.squarespace.com/static/518f5d62e4b075248d6a3f90/t/5299b27ee4b06b094788820c/1385804424259/voidstar.jpg - Mark Garcia

@JoachimPileborg 谢谢您的建议，您可以看一下我在下面一个答案中的评论吗？ - Bruce

为什么RTTI是一个问题？你如何知道存储在map["foo"]中的类型？ - David Rodríguez - dribeas

@DavidRodríguez-dribeas 在这个应用程序中，我确实知道映射到任何 foo 的类型。 - Bruce

你是否考虑过使用诸如 boost::variant 这样的变体类型来实现多态，而不是使用 void？boost::variant 是安全且相当高效的，而且你可以轻松地恢复类型信息。 - Chris Beck

Answer 1

这不是一个好的实践方式。如果你没有在你的std::shared_ptr旁边存储附加类型信息（你可以使用static_pointer_cast进行转换），那么你将在各个方面产生未定义的行为。也许Boost.Any是一个选项？

如果您想坚持使用std::shared_ptr<void>请记住提供自定义删除器函数（请参见make shared_ptr not use delete）。

- filmor

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std::shared_ptr<void> 实际上不会导致未定义行为。 - Rapptz

不是指针本身，而是将指针转换为另一种类型（即p指向一个Base对象，但被转换为Derived），然后取消引用。 - filmor

@filmor 谢谢，你能解释一下UB是如何产生的吗？而且，我有点觉得我必须考虑Boost.Any这个事实意味着我的设计从根本上存在缺陷。如果我没错的话，Boost.Any会引入动态类型行为，这与C++及其盲目的速度背道而驰。 - Bruce

@filmor 我现在正在查看一些使用void*指针实现此功能的C代码。但我真的不想在C++中使用裸指针！ - Bruce

仅仅为了使用std::shared_ptr而使用它在这里并没有帮助。只有当您具有适当的删除行为时，std::shared_ptr才有意义（否则要引用计数什么？）。您必须在某个地方存储类型信息以便能够取消引用指针。无论是在Boost.Any内部还是在某个变量中都没有关系，但是我期望Boost.Any实现更有效 :) - filmor

Answer 2

如果您存储了void*，则每次使用时都需要知道您放入的确切类型，因为将其转换为void*并返回只有在返回到/从完全相同的类型（例如不是派生-到-void-到-base）时才有效。

考虑到每个使用点都需要知道存储指针的类型，为什么要全程在空指针上进行转换？

每种类型一个映射。这对于每个应用程序一个映射而言具有较小的开销（运行时O(类型数量)内存，类似的编译时间）。

使用C++的template可以减少代码重复。

- Yakk - Adam Nevraumont

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我觉得我低估了拥有多个地图的想法。非常感谢，我会尝试一下的。 - Bruce

你可以通过添加一个更多的映射来消除检查所有不同映射的需要，该映射告诉你对象的类型，而不是它的存储方式。 - Mark Ransom

Answer 3

你可以。

#include <memory>
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class wild_ptr {
    shared_ptr<void> v;
public:
    template <typename T>
    void set(T v) {
        this->v = make_shared<T>(v);
    }

    template <typename T>
    T & ref() {
        return (*(T*)v.get());
    }
};

int main(int argc, char* argv[])
{
    shared_ptr<void> a;
    a = make_shared<int>(3);
    cout << (*(int*)a.get()) << '\n';
    cout << *static_pointer_cast<int>(a) << '\n'; // same as above

    wild_ptr b;
    cout << sizeof(b) << '\n';
    b.set(3);
    cout << b.ref<int>() << '\n';
    b.ref<int>() = 4;
    cout << b.ref<int>() << '\n';

    b.set("foo");
    cout << b.ref<char *>() << '\n';

    b.set(string("bar"));
    cout << b.ref<string>() << '\n';
    return 0;
}

输出：

3
3
8
3
4
foo
bar

- KIM Taegyoon

Answer 4

可以。使用指针转换。但是，在这种情况下，你需要从void*转换为具体类型可能是设计不良的症状。

你（几乎）永远不应该需要将void*转换为强类型指针类型（“几乎”意味着我认为你永远不应该这样做，但可能有一些情况我没有考虑）。

不好。作为一个经验法则，只有在你对内存地址的值感兴趣而完全不关心存储的数据时，才应该转换为void*。

这会增加应用程序规模的复杂性吗？

我能想到的第一个问题是，您的类型不再在单个位置定义。这意味着，如果您在各个地方都有指针转换，当您决定更改类名（或不再使用std :: string作为路径而使用boost :: path对象等）时，您将不得不遍历整个代码并更新所有转换中添加的所有类型。

第二个问题是，随着应用程序的扩展，它将携带这个转换问题并在代码库中传播，使整个代码库的情况变得更糟。由于这个原因，您的应用程序代码将变得稍微（或非常）不易维护。如果您在代码中有其他设计妥协，在某个规模以上，您的应用程序将变得难以/禁止维护。

这种方法将使您无法编写松散耦合的代码。

“或者，还有完全不同的优雅方法吗？”

检查您的代码并列出您在指针上使用的操作。然后，在基类中将这些操作添加为纯虚函数。通过存储的值类型实现此基类的具体模板专业化。

代码：

class pointer_holder { // get a better name
public:
    virtual void teleport_pointer() = 0; // example operation
    virtual ~pointer_holder() = 0;
};

template<typename T>
class type_holder: public pointer_holder {
public:
    // TODO: add constructor and such
    virtual void teleport_pointer() {
        // implement teleport_pointer for T
    }
    virtual ~type_holder();
private:
    T value_;
};

客户端代码：

std::unordered_map<std::string, std::shared_ptr<pointer_holder>> your_map;
your_map["int"] = new type_holder<int>{10};
your_map["string"] = new type_holder<std::string>{"10"};

your_map["int"]->teleport_pointer(); // means something different for each
                                     // pointer type

- utnapistim

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如果数据结构没有相同的操作集怎么办？ - Bruce

然后在基类中实现这些操作并使它们抛出异常(throw std::runtime_error("teleport_pointer not valid for type");)。这样，如果这些类型调用了这些操作，您就会知道。 - utnapistim