介绍

我有一个数据结构:值池。 (不是指针池)

当我调用create() 时，它会返回Handle。

到目前为止一切都很好。

template<class T> class Pool{
    std::vector<T> v;                   //store by value
    Handle<T> create(){  .... }
}
template<class T> class Handle{
    Pool<T>* pool_;                    //pointer back to container
    int pool_index_;                   //where I am in the container
    T* operator->() {                  
        return pool_->v.at(pool_index_);     //i.e. "pool[index]"
    }
    void destroy(){
        pool_-> ... destroy(this)  .... mark "pool_index_" as unused, etc ....
    }
}

现在我想让Handle<>支持多态。

问题

很多高手都好心建议我使用weak_ptr，但是我还是空白了一个星期，不知道该怎么做。

我坚持的主要部分是:-

• create() 应该返回 weak_ptr 而不是 Handle 吗？ ....还是Handle封装weak_ptr？

• 如果 create() 为用户程序返回 weak_ptr，... weak_ptr 怎么知道 pool_index_？它没有这样的字段。

• 如果用户按如下方式将weak_ptr/Handle 转换为父类指针，则会出现很多问题:-

例如

class B{}

class C : public B { ......
}
....
{
    Pool<C> cs;
    Handle<C> cPtr=cs.create();
    Handle<B> bPtr=cPtr;     // casting ;expected to be valid, 
                             //       ... but how? (weak_ptr may solve it)
    bPtr->destroy()   ;      // aPtr will invoke Pool<B>::destroy  which is wrong!
                             //     Pool<C>::destroy is the correct one
    bPtr.operator->() ;      // face the same problem as above
}

假设

• Pool 总是在 Handle 之后删除(为简单起见)。
• 没有多线程

这里有类似的问题，但没有一个足够接近。
C++ object-pool that provides items as smart-pointers that are returned to pool upon deletion
C++11 memory pool design pattern?

最佳答案

关于 weak_ptr

A std::weak_ptr始终与 std::shared_ptr 关联.使用 weak_ptr你必须使用 shared_ptr 来管理你的对象.这意味着您的对象的所有权可以共享:任何人都可以构造一个 shared_ptr来自weak_ptr并将其存储在某个地方。指向的对象只会在所有 shared_ptr 时被删除。的被摧毁。 Pool将失去对对象释放的直接控制，因此无法支持公共(public) destroy()功能。
使用共享所有权，事情会变得非常困惑。

这就是为什么 std::unique_ptr 的原因之一通常是对象生命周期管理的更好选择(遗憾的是它不适用于 weak_ptr )。你的Handle::destroy()函数还暗示这不是您想要的，并且 Pool应该单独处理其对象的生命周期。

然而，shared_ptr/weak_ptr专为多线程应用程序而设计。在单线程环境中你可以获得weak_ptr -like 功能(检查有效目标并避免悬挂指针)而不使用 weak_ptr完全:

template<class T> class Pool {
    bool isAlive(int index) const { ... }
}

template<class T> class Handle {
    explicit operator bool() const { return pool_->isAlive(pool_index_); }
}

为什么这只适用于单线程环境？

在多线程程序中考虑这个场景:

void doSomething(std::weak_ptr<Obj> weak) {
    std::shared_ptr<Obj> shared = weak.lock();
    if(shared) {
        // Another thread might destroy the object right here
        // if we didn't have our own shared_ptr<Obj> 
        shared->doIt(); // And this would crash
    }
}

在上面的例子中，我们必须确保指向的对象在if()之后仍然可以访问。 .因此，我们构建了一个 shared_ptr这将使它保持活力——无论如何。

在单线程程序中你不必担心:

void doSomething(Handle<Obj> handle) {
    if(handle) {
        // No other threads can interfere
        handle->doIt();
    }
}

多次取消引用句柄时仍然要小心。示例:

void doDamage(Handle<GameUnit> source, Handle<GameUnit> target) {    
    if(source && target) {
        source->invokeAction(target);
        // What if 'target' reflects some damage back and kills 'source'?
        source->payMana(); // Segfault
    }
}

但是另一个if(source)您现在可以轻松检查句柄是否仍然有效!

类型转换 handle

因此，模板参数 T如 Handle<T>不一定与池的类型匹配。也许你可以用模板魔法解决这个问题。我只能想出一个使用动态调度(虚拟方法调用)的解决方案:

struct PoolBase {
    virtual void destroy(int index)       = 0;
    virtual void* get(int index)          = 0;
    virtual bool isAlive(int index) const = 0;
};

template<class T> struct Pool : public PoolBase {
    Handle<T> create() { return Handle<T>(this, nextIndex); }
    void destroy(int index) override { ... }
    void* get(int index) override { ... }
    bool isAlive(int index) const override { ... }
};

template<class T> struct Handle {
    PoolBase* pool_;
    int pool_index_;

    Handle(PoolBase* pool, int index) : pool_(pool), pool_index_(index) {}

    // Conversion Constructor
    template<class D> Handle(const Handle<D>& orig) {
        T* Cannot_cast_Handle = (D*)nullptr;
        (void)Cannot_cast_Handle;

        pool_ = orig.pool_;
        pool_index_ = orig.pool_index_;
    }

    explicit operator bool() const { return pool_->isAlive(pool_index_); }
    T* operator->() { return static_cast<T*>( pool_->get(pool_index_) ); }
    void destroy() { pool_->destroy(pool_index_); }
};

用法:

Pool<Impl> pool;
Handle<Impl> impl = pool.create();

// Conversions
Handle<Base> base  = impl; // Works
Handle<Impl> impl2 = base; // Compile error - which is expected

检查有效转换的行可能会被优化掉。检查仍将在编译时进行!尝试无效的转换会给您这样的错误:

error: invalid conversion from 'Base*' to 'Impl*' [-fpermissive]
T* Cannot_cast_Handle = (D*)nullptr;

我在这里上传了一个简单的、可编译的测试用例:http://ideone.com/xeEdj5

关于c++ - 支持多态的Stored-by-Value Pool，如何使用智能指针？，我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题： https://stackoverflow.com/questions/37771121/