从 std::reference_wrapper 获取 std::list::iterator

Question

我正在用 C++ 编写一个斐波那契堆数据结构 (https://en.wikipedia.org/wiki/Fibonacci_heap)。 这个数据结构由几个堆组成，根连接在一个双向链表中。每个节点都有一个其子节点的双向链表。整个堆有一个叶子节点的双向链表，以支持快速修剪。 (CLRS 19-3.b)

我对@9​​87654322@ 的实现是：

struct Node {
        using Iterator = std::list<std::unique_ptr<Node>>::iterator;
        using LeafIterator = std::list<std::reference_wrapper<std::unique_ptr<Node>>>::iterator;
        Iterator parent;
        std::list<std::unique_ptr<Node>> child_list;
        T key;
        bool mark = false;
        bool is_leaf = false;
        LeafIterator leaf_iterator;
        Node(const T& key) : key {key} {}
    };

我对@9​​87654324@ 的实现是：

    using Iterator = std::list<std::unique_ptr<Node>>::iterator;
    using LeafIterator = std::list<std::reference_wrapper<std::unique_ptr<Node>>>::iterator;

    std::list<std::unique_ptr<Node>> NIL;
    std::list<std::unique_ptr<Node>> root_list;
    std::list<std::reference_wrapper<std::unique_ptr<Node>>> leaf_list;
    Iterator min_element;

我用std::list<std::reference_wrapper<std::unique_ptr<Node>>>代替leaf_list，而不是std::list<Node*>，因为叶子节点的内存完全归其父节点所有，我不希望双重删除崩溃。

当我尝试删除叶节点时出现问题。我可以通过leaf_list.begin() 访问要删除的叶节点，但无法从其父节点的child_list 中删除它。

我认为有两种可能的解决方法：

• 从parent 的child_list 执行线性扫描以获得与给定叶子匹配的std::list<std::unique_ptr<Node>>::iterator。这是线性扫描，太慢了。
• 抛弃leaf_list 并保留两个指针作为Node 的成员变量，其中包含prev_leaf 和next_leaf 以模拟双向链表。我不喜欢这样，因为它会使Nodes 更加臃肿。
• ...暂时想不到别的了

在这种情况下，从std::reference_wrapper 获取std::list<std::unique_ptr<Node>>::iterator 的最佳方法是什么？

Answer 1

使用std::list<Node*> 不会导致任何双重删除，只要您不手动删除节点，并让child_list 成员中的实际unique_ptr 指针处理该问题。您只需要小心避免在 Node 被销毁后使用悬空指针。但是这种方式仍然不能很好地从适当的child_list 中快速删除Node*。

相反，您可以使用std::list<Iterator> leaf_list;。这是相对安全的，因为在 std::list 上的插入和擦除不会使任何迭代器无效（当然，擦除元素的迭代器除外）。

虽然你仍然有一个不变量要遵循，leaf_list 中的迭代器属于适当的child_list，但最好帮助代码遵循它。根据该类的预期用途和一般性，这可能意味着只需在 struct Node 定义之内或之前将注释放在 cmets 中。或者这可能意味着使Node 成为具有private 成员和更安全public 接口的适当类-我可能会考虑使用boost::iterator_adaptor 创建自定义迭代器，以允许在叶节点上进行迭代，而不会破坏不变量的危险。如果您不期望重用，但发现它在更多的上下文或项目中再次有用，您当然可以稍后更改这些类型的决策（除非使用原始方式编写了太多代码）。