用于从可能不存在的容器中检索对象的 API 设计

Question

当相关对象可能不存在时，有哪些方法可以创建用于从索引自定义容器中检索对象的 API？

到目前为止，我想到了：

1. 抛出异常

   T get(int index) const
   {
       if(not_exists(index)) throw std::out_of_range("Index is out of range");
       return get_base(index);
   }
   

2. 构造 T 并返回它

   T get(int index) const
   {
       if(not_exists(index)) return T{};
       return get_base(index);
   }
   

3. 返回 bool 并作为参考检索

   bool get(int index, T & obj) const
   {
       if(not_exists(index)) return false;
       obj = get_base(index); return true;
   }
   

4. 如果找不到则使用默认参数

   T get(int index, T def_obj) const
   {
       if(not_exists(index)) return def_obj;
       return get_base(index);
   }
   

5. 结合 4 + 2

   T get(int index, T def_obj = {}) const
   {
       if(not_exists(index)) return def_obj;
       return get_base(index);
   }
   

6. 修改容器以添加此类对象（警告 - get 将不再是 const！）

   T get(int index, T def_obj = {})
   {
       if(not_exists(index)) set(index, def_obj);
       return get_base(index);
   }
   

每种解决方案的优缺点是什么？我错过了什么吗？

我特别担心在高并发环境中进行推理，我希望为客户端提供尽可能直观和安全的 API。

Answer 1

试试这个 sn-p（或 C++17 中的 std::optional）

boost::optional<T> get(int index, T& obj)
{
    if(not_exists(index))
        boost::none;
    else
        return get_base(index);
}

Answer 2

这里的基本问题是语义：#1 和#3 是唯一可以区分存在与不存在的问题。 #6 总是成功返回容器的一个元素；其他的总是成功返回一些值。应用程序决定了您需要哪些。

在这方面，#1 和#3 是完整的：任何一个都足以实现任何其他（考虑到添加元素以模拟#6 的其他一些方法）。如果可以避免来自其他线程的干扰，#4 和#5 同样强大：它们可以通过提供两个不同的默认值来检测缺席。或者，可以添加bool contains(int index) const; 以允许区分缺席（再次根据需要使用外部同步）。

但是，这些模拟（#1/3 中的 #2/4/5 除外）涉及重复查找，可能性能不足。对于某些底层数据结构，可能还需要其他操作才能获得最佳性能：例如，将元素从一个索引移动到另一个索引而不重构它。

同时，所有这些方法都有实际问题，至少在一般情况下是这样。

1. 部分专家believe that logic_error is always a mistake；当然，在相当常见的情况下抛出异常是昂贵的。不过这里可以返回一个引用，非常有用。
2. T 必须是值可构造的（类似于但不等同于默认-可构造）。
3. T 必须是可分配的（并且客户端必须已经构造了一个，可能用于多次调用）。忽略标志可能会导致未定义的行为（所以标记它[[nodiscard]]）。
4. 每次调用必须构造两个T 对象。可以将默认设置为引用以允许引用返回（并支持检测缺失值的繁琐形式），但为了避免允许临时参数，则需要右值引用重载（或受约束的模板）。
5. 与#4 一样，它构造了两个对象。在模板上下文中，对 #2 的改进在于仅当默认值使用时才需要值可构造性。
6. 这当然可以有三种变体，如#2/4/5。如果它返回一个引用（如map::operator[]）以允许对（可能的）新元素进行变异，那将更有用。

如果T 的构建成本可能很高（即使来自{}），那么只有#1（map::at 使用）和optional suggestion 是有效的；方便地它们也很完整。也许最快的变体是返回const T*，使用空指针表示缺席。在它们之间进行选择是一个微调性能权衡的问题（除非您的商店有例外或一般指针）。对于便宜的T，如果语义足够，#5 很有吸引力；否则#3 可能是最好的（因为它与if(std::cin >> x) 相似）。