在现代 C++ 中实现聚合的正确方法是什么？ [关闭]

Question

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通常会出现我需要聚合的情况：一个对象使用另一个对象而不拥有它。也就是说，一些主模块会为其他人创建和共享一个对象。

但是，到目前为止，我还没有找到正确的实现方法。

以往的研究：

1) 类 C 指针： 共享对象作为指针提供。问题是要由程序员正确管理创建、共享和删除的顺序，很容易携带悬空指针。

int main()
{
    A a;
    B b(&a);
    return 0;
}

2) 弱指针： 使用共享/弱指针解决了悬空指针的问题。主要问题是：它避免使用堆栈对象。它还转发异常情况，在最好的情况下是一个有争议的话题，在最坏的情况下是不可能的（内核/低级代码）。

int main()
{
    std::shared_ptr<A> a(new A());
    std::weak_ptr<A> wa = a; // optional, but required to show the weak_ptr use
    B b(wa);
}

3) 共享指针： 仅使用共享指针与（2）有同样的问题，但另外 A 的所有权是未知的：这违反了几个设计准则。

4) 对象引用： 共享对对象的引用解决了悬空问题，并且可能是最简单的解决方案。另一方面，它强制聚合对象在构造函数中传递，它避免了赋值运算符，并且总体上限制了设计。

int main()
{
    A a;
    B( a );
}

5) 永远不要聚合，只是作为参数传递。 即使可能，这也会极大地增加某些函数的参数数量。在我看来，这太复杂了。

6) 单例模式 Singleton 允许从多个模块访问单个对象。但是，这只允许共享一个实例，并且违反了几条设计准则。

问题：

在现代 C++ 中实现聚合的正确方法是什么？

理想的目标是：

• 使代码易于维护，避免错误。
• 灵活地以不同方式使用它（例如堆栈/堆）
• 没有太多额外的复杂性或晦涩的代码。

Answer 1

正如许多评论者所指出的，没有一种方法可以解决您的问题。但是，以 C++ 设计模式为生的人们已经对这类事情进行了详细讨论。对于关于更好地处理悬空指针（包括其中一位评论者的建议，template <class T> using non_owning_ptr<T> = T*）的精彩讨论，我建议 Bjarne Stroustrup 的 talk 关于 C++ 核心规则和指南，特别是从给出的链接开始的部分。 Herb Sutter 的后续talk 在这方面也很有用，介绍了一些关于静态分析工具的想法来强制执行这些规则。

我知道这不是您正在寻找的神奇解决方案，但就其价值而言，它似乎是人们方式更聪明且方式的解决方案比我想出的 C++ 更有经验。老实说，这就是 Bjarne Stroustrup 最近将大部分时间花在这些规则和指南上的原因：C++ 本身不存在对这类事情的完美解决方案，但有一些限制，我们可以更接近。

Answer 2

我需要聚合：一个对象使用另一个对象而不拥有它。

这不是我熟悉的“聚合”的任何定义。但是为了这篇文章的目的，我会使用它。

在 C++ 类型系统中，无法表达一个对象在不拥有该对象的情况下访问该对象的能力。实现这种关系的方法太多了，一个类型无法表达这个想法。

假设我们有一些实例 A 可以访问实例 B 但不拥有 B。那么，您如何定义这两个实例之间的关系？如果 B 在没有事先通知 A 的情况下被破坏，这种关系是不安全的。那么，我们如何确保这一点？

实际上有几十种方法。也许 B 保存在 shared_ptr 中，因此 A 可以将其引用保存在 weak_ptr 中，从而在 B 不再存在时得到通知。也许有一些特定的对象 C 同时拥有 A 和 B 并将确保这一点。也许代码的一般结构使得 B 不可能在 A 之前被销毁。也许 B 本身知道它何时链接到 A 并会在其析构函数中通知 A。或者代码可能很脆弱，但每个编写代码的人都非常注意确保 A 不会比 B 更长寿。

没有单一的“实现它的正确方法”，因为“它”不是一回事。这是无数可能的关系。这些关系都不一定是错误的。它们中的大多数甚至不一定是坏代码。它们只是类型之间的隐含关系。

Library Fundamentals v1 包含observer_ptr<T>，它只是一个指针包装器；它不传达所有权语义。但是，核心 C++ 指南建议 raw pointers be used for most of these use-without-ownership relations；而是建议使用 owner<T> 注释确实拥有某些东西的指针。