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c++ - 为链接使用索引时的 OOP 接口(interface)

coder 2024-02-24 原文

TL;DR:我有一个链接数据结构，我决定不使用指针，而是使用容器中的索引来表达这些链接。为了使代码更具可读性，我能否将单个元素建模为独立对象，而不会产生保持对数组的多个引用的成本？

假设我有一个链接数据结构。为了简单起见，我们以双向链表为例，有一个删除节点的操作。对此建模的经典方法是使用指针:

struct Node {
  Node *prev, *next;
  void remove() { next->prev = prev; prev->next = next; }
};

但是指针有很多缺点。它们可能会浪费空间，因为通常无法选择指针大小来匹配用例。它们的线路格式很差。如果我将节点保留在一个 vector 中，调整大小可能会使指针无效。复制数据结构变得更加困难。所以我可以改为将索引放入某个数组中:

struct Node {
  int prev, next;
};
struct LinkedList {
  std::vector<Node> nodes;
  void remove(int i) {
    Node& n = nodes[i];
    nodes[n.next].prev = n.prev;
    nodes[n.prev].next = n.next;
  }
};

但是现在以前是单个节点的方法的操作变成了容器类的方法。这种语义转变使一些代码更难阅读。为避免该问题，我可以寻求基于容器和节点索引对的表示。

struct Node { int prev, next; };
struct LinkedList;
struct NodeRef {
  int i;
  LinkedList& l;  // This reference here is what's worrying me
  NodeRef(int index, LinkedList& list) : i(index), l(list) {}
  NodeRef prev() const;
  NodeRef next() const;
  void remove();
};
struct LinkedList {
  std::vector<Node> nodes;
  NodeRef root() { return NodeRef(0, *this); }
};
NodeRef NodeRef::prev() const { return NodeRef(l.nodes[i].prev, l); }
NodeRef NodeRef::next() const { return NodeRef(l.nodes[i].next, l); }
void NodeRef::remove() {
  Node& n = l.nodes[i];
  l.nodes[n.next].prev = n.prev;
  l.nodes[n.prev].next = n.next;
}

现在我可以使用 NodeRef 以一种很好的面向对象的方式表达我的算法，将节点作为我可以与之交互的实体，同时在幕后使用索引而不是指针。

但是当我有一些同时对多个节点进行操作的复杂算法时，我会有多个 NodeRef 对象都引用相同的底层 LinkedList 对象。这感觉有点浪费，无论是在内存消耗还是复制它们方面。我猜测编译器可能能够检测到一些冗余并将其删除。但是我能做些什么来帮助它，以确保这将得到优化以仅使用单个引用，即使在语义上我有多个引用？

最佳答案

当您想对 NodeRef 执行操作时，您可能需要提供 LinkedList，然后有一个访问对象或一个存储您的单个引用并包装调用的 lambda到 NodeRef。

例如，要从您可以使用的列表中删除节点:

struct NodeRef
{
  int i;
  // LinkedList& l;  // Remove this
  NodeRef(int index) : i(index) {}
  NodeRef prev(LinkedList& l) const;
  NodeRef next(LinkedList& l) const;
  void remove(LinkedList& l);
};
// Require that a list is supplied instead of storing a ref
void NodeRef::remove(LinkedList& l)
{
  Node& n = l.nodes[i];
  l.nodes[n.next].prev = n.prev;
  l.nodes[n.prev].next = n.next;
}

// create a lambda with a captured list that wraps the call
LinkedList linkedList;
//...
auto remover = [&linkedList](NodeRef node)
{
  node.remove(linkedList);
};
//...
NodeRef nodeRef(0);
remover(nodeRef);

不确定这是否是您想要的，但它避免了对列表的多次引用，并且可以允许重用 NodeRef 对象。

关于c++ - 为链接使用索引时的 OOP 接口(interface)，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/55388069/

ampinterfaceNodeRefLinkedListnextc++oopdata-structuresidioms

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