在我的C++代码中使用指向对象的共享指针的向量来防止对象复制

Question

在我的C++项目中，我有三个类，Particle、Contact和Network。Network类将具有N粒子(std::vector<Particle> particles)和Nc联系人(std::vector<Contact> contacts)。Particle对象每个都有许多联系人，由Contact对象表示，联系人由粒子对共享。

我有必要知道一个特定的粒子有什么联系，我已经决定通过Network对象(例如，使用network.getContacts(Particle particle))获得这些信息。

我的问题可以分为两部分：

首先，什么是有效的和社区推荐的方式来存储每个粒子的触点？

我相信，我既可以创建指向Contact对象的共享指针向量，也可以创建vector<vector<shared_ptr<Contact>>> prtContacts (为了便于查看，我不再使用std:: )，因此prtContacts[i]将包含指向ith粒子的联系人的共享指针向量。有人建议在这种情况下使用shared_ptr是有用的，因为它将确保我不会为两个具有共享接触的粒子创建重复的Contact对象。有没有其他更有意义的方法？

第二，如果我最终创建了上面定义的prtContacts，那么初始化它的最佳方法是什么？我目前的想法是有一个初始循环，它用Nc联系人初始化std::vector<Contact> contacts，然后有第二个循环，用指向联系人的共享指针初始化prtContacts。这是否合理，还是同样有其他更有效的办法？

谢谢!

一些附加信息：

粒子的数量，N，将从O(10^1)到O(10^4)。每个粒子的接触数很可能不超过6-7，但允许变化。每个接触都有一个与其相关联的位置和接触力(2分量矢量)，并且在模拟过程中，位置和接触力都将被允许变化(例如蒙特卡罗模拟)。

Answer 1

因此，这实际上取决于您预期的访问模式。首先，shared_ptr在多线程程序中可能要付出很大的代价。增加和减少引用计数将导致其他CPU上的处理器缓存失效。这将导致这些操作稍微昂贵一些，如果从多个线程以任何方式访问这些对象，则会导致大量缓存混乱，因为即使是对引用计数附近的字节的读取访问，也会导致在引用计数更新后获取非常昂贵的主内存。

现在，您可以减轻这种情况的一种方法是不像别人告诉您的那样使用make_shared。这将导致独立于对象分配引用计数。但这可能会将缓存问题转移到其他地方。

各种类型的指针都是关于表示所有权的。对象真的有共享的所有权吗？还是把整个网络看作拥有对象更合适呢？如果是后者，可能更有意义的是存储裸指针，只需在网络中有几个vector对象(每种类型一个)，将unique_ptrs保存到所有的图形元素中。

每个粒子的接触数是否在相当小的数目上有界？如果是这样的话，那么使用一个固定大小的array来存储指向联系人的裸露指针列表，并拥有一个真正拥有所有对象的Network可能是有意义的。

我相信还有更多的考虑。我主要关注的是性能，而不是“正确”的做事方式的一些抽象概念。也许你的主要目标不是性能，而是其他的东西。但是，如果是这样的话，为什么在这里使用C++呢？

Answer 2

我不得不问--为什么Contacts和Particles是分开的？似乎每个Particle都应该包含它的联系人列表。或者，如果这不合适，也许另一个class或struct包含Contacts的Particle和数组(或vector或其他任何东西)。

struct ParticleCollision {
    Particle part;
    std::vector<Contact> contacts;
};

Network将包含一个std::vector of ParticleCollisions。