用于类似区域/竞技场的分配的 STL 容器

Question

我正在编写一个类（一个 Huffman 编码器，如果您好奇的话），它需要包含一个专门的二叉树，而 STL 容器并不直接适用于该二叉树。用一些左/右指针定义一个TreeNode 结构并构建它是没有问题的。我的问题涉及节点本身的分配。

我认为如果我使用 STL 容器作为我的“分配器”而不是直接为每个节点调用 new 会非常好。这很有吸引力，因为它会使破坏变得微不足道：我不必在析构函数中遍历我的树来单独 delete 所有节点；我用作“分配器”的 STL 容器的库存析构函数会自动完成。

我对“分配器”的第一选择是std::vector<TreeNode>。但这根本不起作用，因为当然随着向量的增长，它必须重新分配自己，这会使我的所有指针无效。 所以我目前正在做的是坚持std::vector 的想法并放弃指针；我曾经有一个指针的每个地方都有一个整数，而不是在我的向量中保存一个索引。 也就是说，在我的父类中，我有类似的成员

std::vector<TreeNode> _heap;        // all nodes in tree
int _root;                          // index into _heap

然后要分配一个新节点，我会这样做：

TreeNode newnode(/*whatever*/);
nodei = _heap.size();
_heap.push_back(newnode);
// now do something with nodei

事实上，这一切都很好，除了：使用索引而不是指针是一个简单的麻烦。我通常在任何地方都将指向节点引用为*nodep，我必须改用_heap[nodei]。 （但是，它再次起作用；这不是问题。）

我的问题是：

1. 是否有一个 STL 容器类保证其元素以后不会移动，这样指向它们的指针将在容器的生命周期内保持有效？
2. 指向 STL 容器中的元素的指针是个好主意吗？
3. 对这类事情（即指向容器化堆中的元素）使用迭代器或引用而不是指针会更好吗？
4. 是否有更好的方法来实现具有简单（即隐式）销毁语义的本地堆分配器？

我对其他想法持开放态度，尽管我应该警告你我相当保守。我想坚持在“基线”C++ 中工作的东西，即我会回避只在 C++11 或其他东西中使用的东西。而且我特别担心 sigc 和 boost 等包的开销和复杂性，所以我也不太可能想要使用它们的特殊容器或分配器之一。

Answer 1

是否有一个 STL 容器类保证其元素以后不会移动，这样指向它们的指针将在容器的生命周期内保持有效？

如果您只移动push_back/emplace_back 元素，std::deque 不会移动元素，这足以完成您的任务，您可以获取指向元素的指针。

此外，std::deque 的最流行实现以块的形式分配内存，其中一个块可以顺序存储多个元素 - 这提高了局部性，并减少了分配次数（与 std::list 相比）。

指向 STL 容器中元素的指针是个好主意吗？

只要您了解底层语义和保证（您可以在 C++ ISO 中阅读），这是个好主意。

例如，如果您不更改 std::vector 的容量并且不缩小它的大小 - 指向向量中元素的指针就可以了。

对这类事情（即指向容器化堆中的元素）使用迭代器或引用而不是指针会更好吗？

除了某些 STL 实现可能会在 Debug 构建中提供额外的防御性检查之外，我没有看到任何好处。

有没有更好的方法来实现本地堆分配器，具有简单（即隐式）破坏语义？

实际上，我喜欢他们使用索引的想法，即 region[node_index] 就像您所做的那样（尽管在代码期望“真实”指针的情况下并不总是可以接受）。我看到这种方法有几个潜在的好处：

• std::vector 呈指数增长，导致O(log N) 分配给N 元素。可以获得类似的指针属性，但它更复杂 - 您应该维护不同大小的块列表，例如std::vector<std::vector<Node>>，其中每个新块的容量为 total_size * k，并且您应该确保不要更改它（因为指向元素的指针）。

• 您可以控制sizeof(index) - 您可以使用适合您任务的索引类型，例如它可以是 1-2 个字节。但是指针的大小可能要大得多，尤其是在 x64 上 - 特大 8 字节。