使用std::vector< std::shared_ptr<const T> >是一种反模式吗？

Question

长时间以来，我一直在同时使用std::vector和std::shared_ptr。最近，每当需要指向一个const对象的指针时，我开始使用std::shared_ptr<const T>。这样做是可以的，因为std::shared_ptr<T>可以转换为std::shared_ptr<const T>，然后它们共享相同的引用计数器，感觉很自然。

但当我尝试使用std::vector< std::shared_ptr<const T> >等结构时，就会遇到问题。为了简化，我将这两个结构表示为：

template <class T>
using SharedPtrVector = std::vector< std::shared_ptr<T> >;

template <class T>
using SharedConstPtrVector = std::vector< std::shared_ptr<const T> >;

问题在于，尽管SharedPtrVector和SharedConstPtrVector非常相似，但SharedConstPtrVector无法转换为SharedPtrVector。

因此，每次我想要正确使用const并编写像这样的函数：

void f(const SharedConstPtrVector<T>& vec);

我无法将const SharedPtrVector<T>传递给f，没有任何办法。

我考虑过很多并且考虑了几种替代方案：

1. 编写转换函数

   template <typename T>
   SharedConstPtrVector<T> toConst(const SharedPtrVector<T>&);
   

2. 以通用形式编写代码：

   template <typename T>
   void f(const std::vector< std::shared_ptr<T> >& vec);
   

   或者

   template <typename TIterator>
   void f(TIterator begin, TIterator end);
   

3. 放弃使用std::vector< std::shared_ptr<const T> >的想法。

1.的问题是计算负担过重，代码变得更加丑陋。而2.则给代码带来了“一切都是模板”的风格。

我是一名经验不足的程序员，不想走错方向。我想听听有经验的人对这个问题的建议。

- Martin Drozdik

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取决于使用情况，与模式/反模式一样 => 金鎚。 - πάντα ῥεῖ

我觉得你的问题在于当你不需要修改容器时，传递了一个容器。这就是范围（和迭代器对）存在的原因。您也不需要使用模板，您可以像使用迭代器一样在此处使用指针。另一方面，如果 f 是一个算法，请将其变为模板使其通用=>可重复使用（作为数学家，您可能会喜欢 Alexander Stepanov 的方法）。 - dyp

@dyp дҪ д№ҹеҸҜд»ҘеңЁиҝҷйҮҢдҪҝз”ЁжҢҮй’ҲдҪңдёәиҝӯд»ЈеҷЁпјҢ然еҗҺдҪҝз”Ёstd::vector::dataжҲҗе‘ҳеҮҪж•°дј йҖ’еҗ‘йҮҸпјҹжҲ–иҖ…дҪ жҳҜжҖҺд№Ҳжғізҡ„пјҹ - Martin Drozdik

我根本不会放弃这个想法。通过迭代器转向基于范围的算法大多是有意义的。然而，它的缺点是没有提供执行容器操作（添加/删除元素）的手段，但如果容器引用是非const的话，您可以使用尝试的方法来执行此操作。如果引用是const的，我认为使用基于范围的替代方案是没有理由不使用的。 - WhozCraig

@MartinDrozdik 没错，vec.data() 和 vec.data() + vec.size()。 - dyp

很长一段时间我一直在同时使用std::vector和std::shared_ptr，但这听起来好像我在误用它们。shared_ptr不应该经常出现。 - user541686

Answer 1

建议您重新审查设计，以便确定这些对象的明确所有者。缺乏明确的所有权会导致人们使用共享智能指针。

Bjarne Stroustrup建议只在最后一种情况下使用智能指针。他的建议（从好到坏）是：

1. 按值存储对象。
2. 按值将多个对象存储在容器中。
3. 如果没有其他办法，请使用智能指针。

请参见Bjarne Stroustrup - C++的本质：附有C++84、C++98、C++11和C++14示例，时间为0:37:40。

- Maxim Egorushkin

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我使用shared_ptr来管理数据，这些数据被同时运行的多个GUI窗口所访问。我认为这是一个很好的使用案例，但也许这是我过早进行的优化。我将尝试采用“按值传递”的方法。 - Martin Drozdik

@MartinDrozdik 可能是你的应用程序中的某个东西（对象）拥有这些窗口。那个东西也可以拥有那些被这些窗口共享的对象。在应用程序中通常存在对象层次结构，如果它被隐藏了，请努力揭示它。 - Maxim Egorushkin

@MartinDrozdik 你可以尝试使用MVC模式，让需要访问的窗口注册为观察者，并与拥有状态的另一个类建立联系。这样，你就可以清晰地识别所有权并制定访问规则。 - stonemetal

我们还需要记住，无论人们多么聪明，他们仍然是有缺陷的人类，有可能持有错误的观点。Bjarne 是个很酷的家伙，但并不是他说的每件事都是正确的。我也听过他声称使用 C++ 的绝大多数人都在错误地使用它。因此，如果我们毫无疑问地按照他的建议改变我们的思考和工作方式，那么我们应该卸载编译器并回家。 :) - user562566

@TechnikEmpire 振作起来，勇往直前。 - Maxim Egorushkin

Answer 2

1. 这个问题与shared_ptr<>无关，但普通指针已经出现了这个问题:

template<typename T>
void foo(std::vector<const T*>);

int a,b;
std::vector<int*> bar={&a,&b};
foo<???>(bar);        // no value for ??? works

< p >2 构造 vector<shared_ptr<T>> 只有在没有所有者持有对象时才是合理的。

- Walter

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甚至可以将其简化为 int const ** 和 int ** 的区别。后者无法转换为前者。 - dyp

Answer 3

这是一种有效的存储不可变（因此是线程安全的）对象的方法，是每个元素的写时复制缓存的构建块。绝对不是反模式。

- bobah

Answer 4

如果您坚持使用std::vector，您可以尝试将其封装到句柄-体惯用结构中。

这样可以在const句柄中保持非const共享指针。

- Alexander Oh

Answer 5

如果我要存储数千个3D点（例如在一个std::vector中），并且想将这些条目的地址推入另一个结构（比如用于排序或其他目的的堆），而且这个辅助结构可能需要删除其中一些条目（例如传感器所述准确度范围内的值），那么谁是“所有者”？看起来最好的解决方案是使用智能指针的向量，正如Stroustrup建议的应该是最后的选择，而这些点本身分配在堆上。

- DarkSky