持有大共享状态的访问者类：实现引用语义的最佳方式？

Question

这个问题大致基于 Boost.Graph 库 (BGL)，该库使用类似 Visitor 的模式来自定义递归（搜索）算法。 BGL 按值传递访问者对象（类似于 STL 函数对象）和documentation 状态

由于visitor参数是按值传递的，如果你的visitor包含状态，那么算法过程中对状态的任何改变都将复制到visitor对象，而不是传入的visitor对象。因此你可能想要visitor通过指针或引用保持此状态。

我的问题：实现有状态访问者类的引用语义的最佳方式是什么？从精确的指针类（原始与唯一与共享，常量与非常量）中抽象出来，放置引用的最佳位置是：在参数传递中还是在数据成员中？

替代1：访问者通过指针保持状态，并按值传递（如Boost.Graph）

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_(new State()) {}
    void start() { /* bla */ }
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State* state_;
}

template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor v)
{
    v.start();
    algorithm(next(n), v);
    v.finish();
}

备选方案2：访问者按值保存数据，并按指针传递

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_() {}
    void start() { /* bla */ } 
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State state_;
}

template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor* v)
{
    v->start();
    algorithm(next(n), v);
    v->finish();
}

我目前的倾向：我发现备选方案 1 [传递持有指针/引用的对象的值] 有点不舒服，因为访问者不满足值语义，所以我宁愿做引用参数列表中的语义清晰 [备选方案 2]。这里是否有其他相关的考虑或替代方案？

Answer 1

还有第三种选择：

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_() {}
    void start() { /* bla */ } 
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State state_;
};

template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor v)
{
    v.start();
    algorithm(next(n), v);
    v.finish();
}

// Set the reference semantics here, use value everywhere else
algorithm(myNode, boost::ref(myVisitor)); // ... or std::ref in c++11

我认为这通常受到标准的青睐，而不是明确地将某些东西标记为指针或引用。毕竟已经引入了std::ref和std::cref来解决这个问题。

另一方面，在“C++ 编码标准”一书中，Sutter 和 Alexandrescu 认为仿函数应该总是容易且快速地复制。他们建议在内部使用引用计数状态块（IIRC，这里没有这本书）。因此，虽然 std::ref 或 std::cref 可以解决您的问题，但它们更常用于“适应”非函子对象，例如当通过std::bind 传递std::vector 时。

备选方案 1，带有shared_ptr<T>（或更好的是：shared_ptr<T const>）可能是您的最佳选择。在任何一种情况下，您都只是将指针语义“包装”在 BGL 代码的值语义后面，只要您正确获取所有对象生命周期就可以了。

Answer 2

我理解您对备选方案 1 的不适，但我认为这是“那辆公共汽车已经离开”的情况；换句话说，C++ 标准库（以及 Boost，而不仅仅是 BGL）的方向倾向于使用“保持引用”模式。

考虑一下，例如，可以用 lambda 表达式实现的函子的普遍使用。据我所知，所有标准库（和 boost）接口都按值传递函子参数，所以如果函子持有状态，它必须通过引用来持有它。因此，我们应该习惯于看到[&](){} 而不是[=](){}。而且，以此类推，我们应该习惯于看到访问者持有对其状态的引用（或指针，但我更喜欢引用）。

实际上有充分的理由通过值而不是引用传递函子（和访问者）。如果它们是通过引用传递的，则它们必须通过 const& 传递，这将使状态修改变得不可能，或者通过 & 传递，这将使使用临时值变得不可能。唯一的另一种可能性是传递一个显式指针，但这不能与 lambdas 或临时值一起使用（除非临时值是不必要的堆分配）。

Answer 3

当你的访问者实际上有一个状态时，试图让它成为无状态是没有意义的。我认为 (2) 没有任何问题。