现代C++对象关系

Question

我有一个使用struct Node和struct Edge实现的图，其中：

• 每个Edge都有一个开始和一个结束Node。
• 每个Node都维护一个Edge对象列表，这些对象从它开始或结束。

以下是一项可能的实施：

struct Node;

struct Edge {
  Node *st;
  Node *en;
  int some_data;
};

const int MAX_EDGES = 100;
struct Node {
  Edge *edges[MAX_EDGES];
  int some_data;
};

虽然上面的结构可以表示我心目中的图形，但我想以“现代C++”的方式来实现它，同时满足以下要求：

1. 避免指针
2. 使用std::vector表示Node::edges
3. 能够将Node和Edge对象存储在标准的C++容器中

现代C++是如何做到这一点的？1-3都能实现吗？

Answer 1

1. 避免指针

为此，您可以使用std::shared_ptr和std::weak_ptr。只需决定是否希望节点拥有边缘，反之亦然。非拥有类型应该使用weak_ptr (以避免循环)。

除非您的图是无循环的，否则您可能仍然需要小心所有权周期。

std::unique_ptr不是一个选项，因为节点和边之间没有一对一的关系，因此不能有任何给定对象的唯一所有者。

1. 使用std：：向量表示节点：：边

没问题。将其设置为std::vector<std::weak_ptr<Edge>>或std::vector<std::shared_ptr<Edge>> (取决于边缘是否拥有节点，反之亦然)

1. 能够在标准C++容器中存储节点和边缘对象

没有问题，只需确保您的类型可以安全地移动/复制，而不会泄漏或损坏内存，即具有正确的复制/移动构造函数和赋值运算符。如果您按照上面的建议使用智能指针和std::vector，这将自动发生。

Answer 2

现代C++避免将动态内存分配给原始指针。这是因为很容易忘记删除所述指针。尽管如此，使用原始指针作为对对象的引用并没有什么问题，前提是您可以保证对象的生存期将大于使用所述指针。

这些规则一般是：

1. 如果对象只有一个所有者，则使用std::unique_ptr。
2. 使用1中创建的引用对象的原始指针，前提是可以保证该对象的生存期大于使用引用的时间。
3. 使用std::shared_ptr作为参考计数对象
4. 当您不想增加引用计数时，使用std::weak_ptr引用引用计数。

因此，在您的示例中，如果Edge拥有Nodes，则使用std::unique_ptr，如果没有，则保留原始指针。在您的Node类中，如果Node拥有Edges，则使用std::vector<Edge>，否则使用std::vector<Edge*>，尽管在它们自己的入侵链接列表中将Edges链接在一起可能更有效。

在对复杂图做了一些工作之后，可以将所有的Node和Edgees分配到图外的向量中，然后只使用图中的原始指针在内部引用它们。记住，内存分配是缓慢的，所以你做的越少，你的算法就会越快。

Answer 3

1. 使用std::shared_ptr或std::unique_ptr
2. 我不认为向量是正确的选择，因为一个图通常不是线性的(通常来说，在大多数情况下，你不能像堆一样线性化它)
3. 没有标准的“通用-使用”容器，但您可以在这里使用模板作为泛型。

例如，元素类可以如下所示：

template <class T>
struct Elem {
  std::shared_ptr<Node> st , en;
  T some_data;
};

说到现代的C++，我认为这里不鼓励结构化，你应该封装你的数据