如何在 C++ 中存储对其他对象的引用？答案

【问题标题】：How to store references to other objects in C++?如何在 C++ 中存储对其他对象的引用？
【发布时间】：2021-09-16 11:04:00
【问题描述】：

这是一个更普遍的问题，我正在尝试解决 C++ 最佳实践。假设我想创建存储相互引用的对象，例如图形。所有对象都属于同一个对象，就像一个Graph对象属于所有Node，也就是说所有权是固定的。

这是我的想法：一个类 Graph 有一个 std::vector 的节点，每个节点都有一个 std::vector 的节点代表它的连接列表。我想知道如何最好地在智能指针方面实现这一点？据我了解，所有权是唯一的，因此 Graph 向量应该是 std::vector<std::unique_ptr<Node>> nodes，我可以根据需要填充它。但是connections 向量，如何让每个节点存储对其连接的引用？这些只是只读引用，也许最好命名所有节点并仅存储名称，或者将连接存储在 Graph 中。但是有没有一种很好的方法来存储对连接节点的引用，就好像它们是 const 指针一样？

注意：这实际上是关于所有权和智能指针，而不是数据结构，图示例只是一个示例。

【问题讨论】：

有趣的是，一张图表是围绕 Herb Sutter 的 gcpp 项目与 deferred_ptrs 的激励性讨论。也就是说：这是一个有点宽泛且可能基于意见的问题，因为它可以通过多种方式解决；在图中具有强 unique_ptr 的节点上的原始指针查看，或节点中的 weak_ptr 和 Graph 中的 shared_ptrs，或者像 deferred_ptrs 这样更奇特的东西。没有什么本质上是“正确的”或“错误的”——这取决于用例和所需的质量属性
@Human-Compiler 我明白你的观点是基于意见的，所以也许我可以改变问题来询问特定方法，答案可能会批评并提供替代方案？
您已经对所提出的问题有了答案——我会犹豫是否要以可能使现有答案无效的方式更改它（这会使回答者感到不安）。无论哪种方式，这都不是一个坏问题

标签： c++ reference smart-pointers move-semantics

【解决方案1】：

在讨论“最佳实践”时，重要的是要考虑代码的质量属性和需求。

Graph 等代码示例中没有“正确”或“错误”的答案；有不同程度以不同的方式解决不同的问题——这很大程度上取决于它的预期使用方式。

到目前为止，解决此类问题的最简单方法是让主容器 (Graph) 在unique_ptr 中拥有强所有权，并且只查看使用原始指针的内部元素 (Node) 中的生命周期，例如：

class Graph
{
    ...
private:
    std::vector<std::unique_ptr<Node>> m_nodes;
};

class Node
{
    ...
private:
    std::vector<const Node*> m_connected_nodes;
};

这会很好用，因为Node 不能改变其连接的节点，并且因为Graph 假设Node 永远不会超过它。

然而，如果您希望Node 比Graph 寿命更长，或者如果您希望Node 用于多个@，这种方法不起作用 987654332@ 对象。如果它位于不同的Graphs 之间，那么您可能会冒Node 引用悬空指针的风险——这很糟糕。

如果是这种情况，您可能需要考虑不同的所有权模式，例如 shared_ptr 和 weak_ptr 所有权：


class Graph
{
    ...
private:
    std::vector<std::shared_ptr<Node>> m_nodes;
};

class Node
{
    ...
private:
    std::vector<std::weak_ptr<const Node*>> m_connected_nodes;
};

在这种情况下，Nodes 仅微弱地知道其他 Node 对象，而 Graph 是它们的强所有者。这可以防止悬空问题，但现在会为shared_ptr 的控制节点带来额外的开销，并且必须在访问weak_ptr 节点之前检查它是否处于活动状态。

所以正确答案是：视情况而定。如果您可以摆脱前一种方法，那可能是最干净的；您总是有 1 个所有者，因此逻辑简单易懂。

【讨论】：

【解决方案2】：

我想知道如何在智能指针方面最好地实现这一点？

不使用它们。为图形使用节点向量：std::vector<Node>。这是一个合理的默认选择，除非您有充分的理由不这样做。

但是有没有一种好的方法来存储对连接节点的引用，就好像它们是 const 指针一样？

是的。 const 指针是一种很好的存储方式，就好像它们是 const 指针一样。（通过“const 指针”，我认为我们实际上是在谈论指向 const 的指针）。

引用包装器是另一种选择。虽然它的优点是没有 null 的表示，但它确实有语法笨拙的缺点。

【讨论】：