我应该使用什么 c++11 范例来最小化内存使用和最小化复制？

Question

问题

我有一个抽象接口Series 和一个具体类Primary_Series，它通过存储大量std::vector<> 值来满足接口。

我还有另一个具体的类Derived_Series，它本质上是Primary_Series 的变换（例如一些大的Primary_Series 乘以3），我想节省空间，所以我不想存储作为成员的整个派生系列。

template<typename T>
struct Series
{
  virtual std::vector<T> const& ref() const = 0;
};

template<typename T>
class Primary_Series : Series<T>
{
  std::vector<T>  m_data;
public:
  virtual std::vector<T> const& ref() const override { return m_data; }
}

template<typename T>
class Derived_Series : Series<T>
{
  // how to implement ref() ?
}

问题

我应该如何改变这个接口/纯虚拟方法？

我不想按值返回该向量，因为它会为Primary_Series 引入不必要的复制，但在Derived_Series 的情况下，我肯定需要创建某种临时向量。但是后来我面临的问题是，一旦调用者完成了该向量，如何使该向量消失。

如果ref() 会返回一个临时引用，该引用会随着引用的消失而消失，那就太好了。

这是否意味着我应该使用某种std::weak_ptr<>？这是否符合Primary_Series 的工作方式？

什么是满足“最小化内存使用”和“最小化复制”要求的最佳方法，包括在调用者完成后使 Derived_Series 临时消失？

Answer 1

好吧，界面设计本身就有点问题，因为 C++ 并没有真正偷懒。

现在，由于 Derived_Series 应该是原始 Primary_Series 的惰性求值（因为您希望节省空间）变换，因此您不能返回完整的胖向量的引用。 （因为这需要你先构建它。）

所以我们必须改变_Series共享数据的接口和方式。使用std::shared_ptr<std::vector<>> 在Primary_Series 和Derived_Series 之间共享数据，这样Primary_Series 超出范围就不会使您的转换数据无效。

然后您可以将界面更改为更“类似矢量”。也就是说，实现一些（或全部）常用数据访问函数（operator[]、at()...）和/或自定义迭代器，它们从原始系列返回转换后的值。这些将让您隐藏一些实现细节（转换的惰性、数据共享......）并且仍然能够以最大的效率返回转换后的值，并让人们将您的类用作“类向量”，因此您不必改变你的设计。 （~任何使用向量的算法都可以在意识到你的类后使用它。）

I've also sketched out a very basic example of what I mean.

（注意：如果您有一个多线程设计和可变的Primary_Series，您将不得不考虑一下您需要同步的位置和内容。）

---编辑---
在仔细考虑之后，我还必须注意Derived_Series 的实现无论如何都会有点痛苦。它的方法必须按值返回，它的迭代器基本上是伪装成更高类迭代器的输入迭代器，因为延迟评估值的引用返回实际上不起作用，或者它必须填充它自己的数据结构，如评估原始系列的位置，这将带来完全不同的权衡。

Answer 2

一种方法是定义您自己的iterator 并将您的vector<T> 设为私有。基本上，您将拥有begin() 和end() 的纯虚拟访问器。 Derived_Series 只会包装 Primary_Series 的迭代器并即时转换值。

Answer 3

一种解决方案是使用std::shared_ptr<vector<T> > 将向量存储在您的基类中，并使用它来返回向量的值。基类只返回其成员值，派生类创建一个新向量并通过 shared_ptr 返回它。那么当调用者不再需要派生类的返回值时，它会被自动销毁。

或者，您可以设计您的类以模仿std::vector<T> 的接口，但设计基类使其返回转换后的值而不是常规值。这样一来，就不需要返回了。如果您不想为std::vector<T> 具有的所有函数编写方法，您可以制作某种可以迭代和转换std::vector<T> 的转换迭代器。那么你甚至不必有一个复杂的类层次结构。