共享指针递归删除递归数据结构，堆栈溢出

Posted 2023-03-16

【中文标题】共享指针递归删除递归数据结构，堆栈溢出

【英文标题】：Shared pointers delete recursive data structures recursively and the stack overflows

【发布时间】：2013-07-22 04:06:46

【问题描述】：

我有许多长链表（它们最多有 20,000 个项目）。它们有不同的起点，但它们最终可以从某个节点开始指向同一个节点。我决定让这样的链表一起成长，共享它们之间的记忆。

这就是我决定用共享指针实现链表的原因：

#include <memory>
struct SharedLinkedList 
    int someData;
    std::shared_ptr<SharedLinkedList> next;
;

这样一切正常。不再需要的链表被删除。如果他们与其他链表共享某些部分，则仅删除其未共享的部分。

当没有共享部分的较长链表即将被删除时，就会出现问题。删除从第一个元素开始。这减少了对下一个也可以删除的元素的引用数量，并且递归重复直到堆栈溢出。

这是创建长链表然后删除它失败的代码示例。

SharedLinkedList* beginningOfList;
SharedLinkedList* actualElement = new SharedLinkedList();
SharedLinkedList* nextElement;

beginningOfList = actualElement;
for (int i = 0; i < 1000; i++)  // 100 is OK, 1000 is KO
    nextElement = new SharedLinkedList();
    actualElement->next = std::shared_ptr<SharedLinkedList>(nextElement);
    actualElement = nextElement;

delete beginningOfList;

我提前感谢以下任何一项：

shared_pointers 的解释以及我缺少什么。我该如何使用它们？甚至可以使用它们来完成吗？这种内存共享难道不是发明共享指针的目的吗？ 建议如何重新实现我的代码 此代码将用于在我的计算机上运行的科学计算。我可以通过某种方式调整一些东西以获得更大的堆栈吗？

请注意，这个问题不是 c++11 特定的。我不在乎使用了共享指针的哪个实现。我什至实现了我自己的共享指针。这让我有一个更长的链表，但也出现了析构函数中的递归和堆栈溢出。而且我看不出如何在没有析构函数递归的情况下实现共享指针。

编辑：

为了避免混淆：我想重申一下，整个列表都可以共享。所以我们可以称它们为树。

示例如下：

list1 包含：1,2,3,4,5,6,7。

list2 包含：6,6,6,1,2,3,4,5,6,7

list3 包含：10,11,12,1,2,3,4,5,6,7

我想在 3 个 SharedLinkedList 中表示这一点，它们不会通过多次存储 1、2、3、4、5、6、7 来浪费内存，但它们指向同一个地方。这就是需要引用计数的原因。

delete list3; 应该只删除未共享的部分，即元素 10、11、12。

【问题讨论】：

据我了解，问题是你的SharedLinkedList的析构函数的实现。它显然调用第一项的析构函数，然后调用下一项的析构函数，以此类推。您应该能够轻松更改 SharedLinkedList 析构函数的实现，使其不使用递归函数调用（例如，在列表元素上使用 while-loop）。

为什么不使用标准的std::list（或std::vector）std::shared_ptr？

@jogojapan 看起来SharedLinkList 使用了编译器生成的析构函数。而且您不能真正添加​​一个遍历所有剩余列表的列表；重点是要对节点进行引用计数。

@jamesdlin 好吧，您需要将列表的实现与列表项的实现分开。然后你可以避免递归。 （我的理解是，引用计数是必要的，因为同一个项目可能由多个列表保存，而不是因为它们有助于列表实现本身。如果只是这样，unique-ptr 无论如何就足够了。）

@jogojapan 我不确定你是否理解我分享的内容。请查看我所做的修改。

【参考方案1】：

如果您使用shared_ptr，它将为您管理所有权。当引用计数变为 0 时，它将调用指针对象的析构函数。现在指向的对象被破坏，并且作为它的一个元素，下一个共享指针破坏了下一个 ... 。这导致以递归方式释放内存。现在您可以尝试迭代地释放内存。您只需要保留对下一个元素的引用以避免其破坏并稍后手动删除它：

void destroy(SharedLinkedList* l) 
  auto next=l->next;  // take 2nd element 
  delete l;           // delete first

  while (next)
    next=next->next;  // move next forward, deleting old next 
  

【讨论】：

delete l; 会减少底层共享指针中的引用数，这也会开始递归。

@JohnBumper 不，首先创建 next 的副本。所以第二个元素的引用计数是（至少）2。当l 被删除时，它是1。这个想法是在丢失第一个元素之前将shared_ptr 复制到第二个元素。所以当第一个元素被删除时，第二个元素不会被删除。

你是对的。我不敢相信这么短的代码真的有效。但它确实有效。这就像一个奇迹。特别是next=next->next; 可以删除乍一看很奇怪的东西，但它可以。由于节省时间，我只需要特别注意不要迭代共享部分。将代码移至析构函数也很棘手，因为 next=next->next 行也调用析构函数。但我设法做到了，它运行得很快，完美无缺，而且不会破坏堆栈。祝贺您的友善，非常感谢。

可以加 if(next.use_count() > 1) break;在下一个=下一个->下一个之后。这将大大加快速度，将其从潜在的指数删除时间加速到节点数量的线性。

@ithenoob 你能解释一下你是如何达到潜在的指数删除时间的吗？添加if (next.use_count () > 1) break; 将导致潜在的竞争条件。即使测试通过，其他所有者也可能在destroy 破坏next 之前释放了该对象。

【参考方案2】：

一般来说，shared_ptr 可能不是 链接列表，出于您指出的原因。在这种情况下，您 可能必须手动完成，保持父母人数 每个节点。 （可能有可能解决某种 使用shared_ptr 避免堆栈溢出的循环，但是 结果可能比管理内存更复杂 手工。）