C++ 中的循环依赖

Posted 2023-02-18

【中文标题】C++ 中的循环依赖

【英文标题】：Circular Dependency in C++

【发布时间】：2011-04-30 10:46:09

【问题描述】：

事实：

我有两个主要类别：经理和专家。 有几种不同类型的专家。 专家通常需要其他专家的帮助才能完成工作。 经理认识所有的专家，最初每个专家只认识他们的经理。 （这就是问题所在。） 在运行时，管理器创建并存储专家列表。然后 Manager 遍历列表并要求每个专家进行初始化。在初始化期间，每个专家都要求经理向他们提供满足某些描述的其他专家。完成后，经理将进入一个循环，在此期间专家被依次要求执行他们的专业任务。

对我来说，这似乎是一个不错的模式，但由于经理有专家列表，而专家有经理，我遇到了循环依赖问题。

在这种情况下，我应该以某种方式向前声明一个类的存在吗？ （如果是这样，如何？）或者我应该使用一些设计模式来解决这个问题？ （如果是这样呢？）另外......我虽然模式本身很不错。所以我不介意有人帮助我理解为什么这是一件坏事。

【问题讨论】：

您能否向我们展示您所拥有的样本以及您遇到的具体问题？

我最近多次看到这个非常相似的问题 - 这是最近的一个***.com/questions/4016471/…

@Greg - 问题相似，但我不仅对解决循环依赖感兴趣，而且对了解我使用的模式是否因某种原因存在缺陷感兴趣。

您的情况在设计模式中很常见，请查看观察者设计模式 UML。你需要前向声明，所以也要写...

【参考方案1】：

这是个人喜好问题，但即使没有循环依赖，前向声明通常也是包含在头文件中的一个很好的替代方案。 （我不想在这个地方对此进行讨论。）所以，这里有一个关于如何为您的问题应用前向声明的示例：

在 Manager.h 中：

// Forward declaration:
class Specialist;

// Class declaration:
class Manager

    // Manager declarations go here.
    // Only pointers or references to
    // the Specialist class are used.
;

在 Manager.cpp 中：

#include "Manager.h"

#include "Specialist.h"

// Manager definitions/implementations
// using the Specialist class go here.
// Full Specialist functionality can be used.

在 Specialist.h 中：

// Forward declaration:
class Manager;

// Class declaration:
class Specialist

    // Specialist declarations go here.
    // Only pointers or references to
    // the Manager class are used.
;

在 Specialist.cpp 中：

#include "Specialist.h"

#include "Manager.h"

// Specialist definitions/implementations
// using the Manager class go here.
// Full Manager functionality can be used.

【讨论】：

感谢您提供明确的示例，这是迄今为止唯一有用的答案！

但是不包含Manager.h的情况下，Manager.cpp中的功能如何实现呢？

Manager.h 当然也包含在Manager.cpp 中。我刻意避免解释这个含义。如果不清楚或可能导致混淆，我现在再次编辑了我的答案。

【参考方案2】：

当其他人都在回答核心问题时，我想我会指出这一点。

在运行时，管理器创建并存储专家列表。然后 Manager 遍历列表并要求每个专家进行初始化。在初始化期间，每个专家都要求经理向他们提供满足某些描述的其他专家。完成后，经理将进入一个循环，在此期间专家被依次要求执行他们的专业任务。

我只想指出，这需要一个两步过程。如果经理到目前为止只知道一位专家，那么经理如何告诉专家 1 任务 B 中存在哪些专家？所以你需要：

1) 经理查看专家名单并要求他们表明身份。

2) 经理查看专家列表并询问他们需要访问哪些专业，告诉他们谁可以满足他们的要求。

3) 经理查看专家列表并告诉他们执行他们的操作。

【参考方案3】：

在这两种情况下，前向声明另一个类：

Manager.h

class Specialist;

class Manager

    std::list<Specialist*> m_specialists;
;

Specialist.h

class Manager;

class Specialist

    Manager* m_myManager;
;

只有当你需要在该类中使用成员函数或变量，或者需要将类用作值类型等时，才需要为类引入头文件。当你只需要一个指针时或引用类，前向声明就足够了。

请注意，前向声明不仅仅用于解决循环依赖。您应该尽可能使用前向声明。如果可行的话，它们总是比包含额外的头文件更可取。

【讨论】：

“它们总是更可取”我强烈不同意，并认为它们很少在可以避免的地方更可取。大量使用前向声明会使代码更难理解，因为追踪依赖关系变得更加困难。此外，当使用积极缓存文件并支持预编译头文件的现代编译器时，通常几乎没有性能提升。 [在一个无关的注释上，你为什么建议std::list？]

追踪哪些依赖项？如果前向声明有效，则不再存在依赖关系。此外，在任何中等体面的 IDE 中跟踪类跟踪和标题跟踪一样容易。至于使用std::list，他在 OP 中说 Manager 存储了专家列表，所以我决定从字面上解释。我自己可能会使用vector，但这当然取决于特定的用例。

谢谢！我害怕我进入了某种非直觉的反模式。很高兴看到每个人都认为这是相当标准的票价。

【参考方案4】：

这是正常的东西。你只需要

class Manager;

在专家标题中和

class Specialist; 

在经理标题中

如果您使用 shared_ptrs，您可能会发现 shared_from_this 很有用。 （不是为了循环，而是因为听起来你无论如何都需要它）

【参考方案5】：

一种选择是按照您的建议转发声明其中一个人：

struct specialist;

struct manager

    std::vector<std::shared_ptr<specialist> > subordinates_;
;

struct specialist

    std::weak_ptr<manager> boss_;
;

但是，如果您最终拥有更多的树形结构（您有多层管理，person 基类也可以工作：

struct person

    virtual ~person()  
    std::weak_ptr<person> boss_;
    std::vector<std::shared_ptr<person> > subordinates_;
;

然后，您可以为层次结构中不同类型的人派生特定类。您是否需要这取决于您打算如何使用这些类。

如果您的实现不支持std::shared_ptr，它可能支持std::tr1::shared_ptr，或者您可以使用boost::shared_ptr。

【讨论】：

在这个模型中，你必须确保所有manager 指针都包裹在shared_ptr 中吗？否则无法验证weak_ptr 是否存在？对此感到好奇，因为它对我来说很重要。

@Steve：是的。如果层次结构中只有一种类类型（例如我的第二个示例中的person），则会容易得多。