在 C++ 中将具有 unique_ptr 的对象推送到向量中答案

【问题标题】：Pushing an object with unique_ptr into vector in C++在 C++ 中将具有 unique_ptr 的对象推送到向量中
【发布时间】：2017-11-07 06:42:35
【问题描述】：

我有一个简单的类结构来建模离散模拟，它带有一个状态向量，每个状态都包含许多转换，作为智能指针向量保存。我使用智能指针来保存转换，因为在我的完整应用程序中我需要多态性。

#include <vector>
#include <memory>

class Transition {
    public:
        Transition() {}
};


class State {
    public:
        State(int num) : num(num), transitions() {}
        void add_transition(std::unique_ptr<Transition> trans) {
            transitions.push_back(std::move(trans));
        }

    private:
        int num;
        std::vector<std::unique_ptr<Transition>> transitions;
};


int main() {
    std::vector<State> states;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        State nstate = State(i);
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            nstate.add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));
        }
        // This line causes compiler errors
        states.push_back(nstate);
    }
}

将新状态对象添加到向量时出现编译器错误：

Error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = Transition; _Dp = std::default_delete<Transition>]’
 { ::new(static_cast<void*>(__p)) _T1(std::forward<_Args>(__args)...); }

我想这是由于向量制作了 State 对象的副本，该对象还试图制作 unique_ptrs 的向量的副本，这是不允许的。我已经看到 emplace_back 不像 push_back 那样制作副本，但我仍然遇到同样的错误。

将 State 对象直接添加到向量中是可行的，但我更愿意避免这种解决方法，因为在我的实际代码中，我对 State 对象做了更多的工作，而不仅仅是添加转换并且不想继续访问向量.

int main() {
    std::vector<State> states;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        states.push_back(State(i));
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            states[i].add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));
        }
    }
}

【问题讨论】：

添加移动构造函数，可以默认。

标签： c++ c++11 vector smart-pointers move-semantics

【解决方案1】：

State 不可复制，只能移动；但是对于states.push_back(nstate);，nstate 是一个左值（作为命名变量），不能从中移动。然后尝试执行副本，但不允许。

要解决它，您可以使用std::move（将其转换为右值）：

states.push_back(std::move(nstate));

LIVE

注意，移动操作后，nstate 的数据成员（包括向量及其内容）也会被移动。

【讨论】：

这无需创建默认移动构造函数即可工作
@StuartLacy 它是为State 隐式生成的。
它并没有完全解决问题。在push_back 的末尾，nstate 将是空的（保持nullptr）并让操作只能通过取消引用他们希望不做的数组来访问状态。如果这是计划的话，在push_back 之前取一个指针State* pnstate=nstate.get()。
没错，我将push_back 作为循环中的最后一个语句，这样我就可以事先对nstate 做任何我需要做的事情。也许我的问题不够清楚
@Persixty 够公平的。我加了。

【解决方案2】：

您需要做出所有权决定。

new 分配对象的所有者（或多个所有者）负责确保它在其生命周期结束时被“删除”。

如果vector<> 拥有该对象，则std::move() 将std::unique_ptr<> 放入vector 并继续通过“原始”指针访问该对象，但如果vector 被破坏或@ 将失效987654327@ 被擦除/重置。

如果vector<> 不拥有该对象，则将其声明为vector<State*> 并认识到当std::unique_ptr 被破坏时它将失效（除非您进行干预）。

如果存在复杂的关系，请考虑 std::shared_ptr<>，这将允许多个对象共享所有权，但确保不会发生循环引用。

除此之外，您还涉足更复杂的所有权模型和可能的“垃圾收集”。

肤浅的检查表明，一个“国家”可能拥有它的Transitions，因为总的来说，当国家存在时它们是有意义的，而当它不存在时它们就不再有意义。所以继续使用vector<std::unique_ptr<> > 并访问State 和/或Transition 作为指针。

如果这在您的情况下不起作用，您可能需要一个“FiniteState”上下文对象，它拥有所有状态和所有转换，并注意删除所有状态和所有关联的转换被销毁了。

【讨论】：

【解决方案3】：

// This line causes compiler errors
states.push_back(nstate);

nstate 对象是State 类的一个实例。 State 类包含两个数据成员：一个int（可复制）和一个unique_ptrs 的vector，即可移动但不可复制（因为unique_ptr 是可移动但不可复制）。因此，整个 State 类是可移动的，但不可复制。所以，你必须将std::movenstate对象放入states向量中：

states.push_back(std::move(nstate));

如果你想要 copy 语义，你应该使用shared_ptrs 的向量（它们是引用计数智能指针，并且是两者可复制和可移动）。

我还会对您的 State 课程代码进行一些修改：

class State {
    public:
        State(int num) : num(num), transitions() {}

在这里，您应该标记构造函数explicit，以避免来自int 的隐式转换。而且std::vector这个数据成员是自动初始化的，这里不用transitions()。

此外，考虑到这行代码：

states[i].add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));

您应该使用 std::make_unique（在 C++14 中引入）而不是使用显式调用 new 返回的原始指针来构造 std::unique_ptr。

【讨论】：

令人讨厌的是，我坚持使用 C++11，但会记住这一点

【解决方案4】：

您应该避免使用push_back，而是使用emplace_back 来就地创建项目。

constexpr ::std::int32_t const states_count{10};
constexpr ::std::int32_t const transitions_per_state_count{2};
::std::vector< State > states;
states.reserve(states_count);
for(::std::int32_t state_index{}; states_count != state_index; ++state_index)
{
    states.emplace_back(state_index); // new state is added without copying or moving anything
    auto & nstate{states.back()};
    for(::std::int32_t transition_index{}; transitions_per_state_count != transition_index; ++transition_index)
    {
        nstate.add_transition(::std::unique_ptr< Transition >{new Transition{}});
    }
}

【讨论】：

C++17 起：auto& nstate = states.emplace_back(state_index);

【解决方案5】：

您需要为您的State 实现移动构造函数并调用std::move 来移动对象

class State {
public:
    // default if you just want it to move the members one by one
    State(State&& s) = default;
};

states.push_back(std::move(nstate));

【讨论】：

代码在没有指定移动构造函数的情况下运行，将其声明为默认值只是为了明确还是起到其他作用？
@StuartLacy 在某些情况下，移动构造函数将由编译器隐式创建。在其他一些情况下，它不会，然后需要一个明确的默认值。以任何一种方式写下来都是一种很好的做法，并且可以作为文档

【解决方案6】：

您将 std::unique_ptr<Transition> 按值传递给函数，这应该在 void add_transition(std::unique_ptr<Transition> trans) 中创建一个本地副本。

如果您将通过引用 std::unique_ptr<Transition>& trans 传递值，则在 add_transition 函数之外不需要任何 std::move。

您也可能想要使用std::make_unique<Transition>() 而不是std::uniqye_ptr<Transition>(new Transition())。

new 关键字的封装使您的代码更清晰，并降低了造成内存泄漏的可能性。

【讨论】：