如何将unique_ptr的队列添加到向量中的C++代码？

Question

简化代码：

#include <queue>
#include <memory>
#include <vector>

class Foo {
public:
    Foo() {};
    virtual ~Foo() {}
};

int main()
{
    std::queue<std::unique_ptr<Foo>> queue;
    auto element = std::make_unique<Foo>();
    queue.push(std::move(element));
    std::vector<std::queue<std::unique_ptr<Foo>>> vector;
    // Error 1
    vector.push_back(queue); 
    // Error 2
    vector.push_back(std::move(queue));
    // Error 3
    vector.push_back({});
    return 0;
}

错误：

'std::unique_ptr>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Ty,std::default_delete<_Ty>> &)': 尝试引用已删除的函数

显然，unique_ptr的复制构造函数被删除了，但我并没有尝试复制它。难道我真的在复制吗？

- Mikhail Shatalin

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是的，push_back 会复制对象。要在原地创建对象，请使用 emplace_back。 - Ben Voigt

如果将std::queue替换为std::vector，它可以工作；但是在std::deque的默认队列底层下不起作用。但是对于不在向量中的deque进行move操作是可以正常工作的。奇怪。 - M.M

@M.M 是的，您可以移动一个不在 vector 中的 deque。但是该操作将不会是 noexcept 的。vector 只是不喜欢可能会抛出异常的移动（有关详细信息，请参见 aschepler 的答案）。 - Arne Vogel

Answer 1

这有点棘手。如果以下两种情况之一成立，所有可以增加向量大小的 std::vector<T> 函数都必须以异常安全的方式执行：

• T 具有保证永远不会抛出任何异常的移动构造函数；或者

• T 具有复制构造函数。

因此，在大多数实现中，如果 T 具有声明为 nothrow 或等价的移动构造函数，则 vector 将使用这些操作的 T 的移动构造函数。如果没有，且 T 具有复制构造函数，则 vector 将使用复制构造函数，即使 T 具有移动构造函数。

问题在于，std::queue 总是声明它具有复制构造函数，即使该复制构造函数实际上无法实例化，并且总是声明它具有可能引发异常的移动构造函数，即使容器成员的移动构造函数保证不会抛出异常。

标准将这些指定为 [queue.defn]：

namespace std {
  template<class T, class Container = deque<T>>
  class queue {
    // ...
  public:
    explicit queue(const Container&);
    explicit queue(Container&& = Container());
    // ...
  };
}

这个类模板定义可以通过几种方式进行改进，使其更加" SFINAE 友好"，避免像你遇到的这样的问题。(也许有人可以检查是否有其他类似问题并提交给库工作组一个提案。)

1. Change the move constructor to promise not to throw if the Container type makes the same promise, typically done with language like:

   explicit queue(Container&& rhs = Container()) nothrow(see below);
   

   Remarks: The expression inside noexcept is equivalent to is_­nothrow_­move_­constructible_­v<Container>.

2. Change the copy constructor to be deleted if the Container type is not copyable, typically done with language like:

   explicit queue(const Container&);
   

   Remarks: This constructor shall be defined as deleted unless is_­copy_­constructible_­v<Container> is true.

- aschepler

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我发现直接使用deque也遇到了同样的问题。 - M.M

@M.M 不太确定你的意思。你能提供一个例子链接吗？ - aschepler

我发现 这篇帖子 讨论了这个问题...涉及到分配器特性，这也解释了为什么我无法用一个测试用的非 nothrow_move_constructible 类（而不是 deque）重现这个问题。 - M.M

代码使用容器 queue< unique_ptr<Foo>, vector<unique_ptr<Foo>> > 构建正常，因此也许 deque 是潜在问题，而 queue 本身则没问题。 - M.M

谢谢大家。我可以将队列容器类型从deque更改为vector。换句话说，我正在将我的外部容器更改为std::vector<std::queue<std::unique_ptr<Foo>, std::vector<std::unique_ptr<Foo>>>> vector; - Mikhail Shatalin