c++11 - 所有权和吸气剂

Posted 2023-02-23

【中文标题】c++11 - 所有权和吸气剂

【英文标题】：c++11 - Ownership and getters

【发布时间】：2013-06-07 21:08:54

【问题描述】：

我是 C++ 的新手，我很难理解所有权，特别是使用 getter。下面是一些示例代码：

class GameObject 
public:
  Transform *transform();
private:
  Transform _transform;
;

我猜原始指针使用起来是不安全的，因为稍后当对象不再存在时有人可以访问它？

所以我考虑使用 unique_ptr 作为变换成员，因为 GameObject 是唯一拥有变换的对象。但是我不能从吸气剂那里返回它，可以吗？但是话又说回来，为什么我会首先使用 unique_ptr 而不是像上面那样将其添加为成员？

那么为什么不使用 shared_ptr 呢？这对我来说似乎是错误的，我不想分享所有权，GameObject 是所有者，其他人可以访问它......

那是什么？参考？我猜 shared_ptr 似乎是最明智的选择，因为其他人可以安全地保留对 transform 的引用，但是如果封闭的 GameObject 被破坏，使变换无用又有什么好处呢？我可能只是在这里以错误的方式思考所有权，但在我看来，每一种方式都是错误的。感谢您的帮助。

【问题讨论】：

您可以通过 shared_ptr 存储 _transform 成员，并从您的 getter 函数返回weak_ptr。

【参考方案1】：

所有权和原始指针？

智能指针通常带有所有权语义，因此当您不想提供/共享所有权时使用它们中的任何一个都是一个坏主意。

在我自己的代码中，我决定了以下约定：

原始指针意味着没有所有权转移/共享

这意味着如果某些函数接收原始指针作为参数，则它没有所有权（因此，不应尝试删除它）。同样，返回原始指针的函数不会转移/共享所有权（因此，调用者也不应该尝试删除它）。

所以在你的情况下，你可以返回一个指针而不是智能指针。

指针还是引用？

这意味着指针和引用之间的选择仅取决于以下规则解决的一个因素：

如果nullptr/NULL 值有意义，则使用指针。 如果nullptr/NULL 值没有意义和/或不受欢迎，则使用引用。

常量和成员变量？

我看到了一些关于 constness 的答案，所以我添加了我自己的两分钱：

将非常量值返回给内部变量是一种设计选择。您必须做的是在以下 getter 之间进行选择：

const Transform * getTransform() const ;
Transform * getTransform() ;

我将上面的访问器（滥用）称为“属性”，非 const 版本使用户能够在闲暇时修改内部 Transform 对象，而无需先询问您的班级。您会注意到，如果 GameObject 是 const，则无法修改其内部 Transform 对象（唯一可访问的 getter 是 const 的，返回 const）。您还会注意到，您无法更改 GameObject 中的 Transform 对象的地址。您只能通过该地址更改数据指针（这与使成员变量公开不同）

const Transform *& getTransform() const ;
Transform *& getTransform() ;

这与上面的情况类似，但是由于引用，用户可以直接访问指针地址，这意味着非常量访问器或多或少类似于将成员变量公开。

const Transform * getTransform() const ;
void setTransform(Transform * p_transform) ;

我（粗暴地）将上面的访问器称为“getter/setter”：如果用户想要修改转换值，那么他必须使用 setTransform。您对正在做的事情有更多的控制权（请注意，在我的代码中，您传递一个 unique_ptr 或 auto_ptr 的 setter 来表示获得 p_transform 对象的总所有权。您会注意到，如果 GameObject 是 const ，无法修改其内部的 Transform 对象（setter 是非常量的）。

Transform * getTransform() const ;

我（滥用）将访问器称为“下标”，因为在指针数组中，数组可以是 const，因此内部地址是 const，但该地址指向的数据是非常量，所以它可以修改。这通常意味着 Transform 对象并不真正由您的 GameObject 对象“拥有”。事实上，为了便于使用，GameObject 很可能只引用了一些外部对象。

【参考方案2】：

对于阅读您的类定义的任何人来说，很明显（或应该很明显）GameObject 拥有一个transform。你是对的，“共享所有权”不是暗示或期望的。由于不可能永远无法从GameObject 获得transform，因此您不需要像指针（原始或其他）那样表达可能的空值的东西，因此返回引用（可能）const似乎是最惯用的做法。

您说原始指针不安全，但它并不比任何其他直接访问方法更不安全。您提供对拥有的转换对象（而不是其副本）的访问的任何方式都使客户端有机会获取其地址并将其存储在拥有GameObject 的生命周期之外。不做愚蠢的事情真的取决于客户。没有办法绝对防止这种情况发生，所以你应该让你的界面简单明了，不易误用。

【讨论】：

+1 用于设计解决方案以防止错误地做事。这是 boost 库的核心理念。

大家的回答都很好，非常感谢！ @Balog Pal：那不会有副本吗？

@cboe：是的，这就是重点。你避免“泄露胆量”。除非得到的成员是集合副本，否则在大多数情况下几乎不会被注意到。

@BalogPal：是的，按值返回当然可以避免任何生命周期问题的可能性；我做了一个隐含的假设，即转换是实体多于价值，但这不一定是正确的假设。

绝对是实体多于价值，不过，我什至没有考虑过 :) Thx

【参考方案3】：

其他人已经回答了有关所有权的问题，但我仍然想再补充一点。

放弃非const 指针或对private 成员的引用通常是一个非常糟糕的主意：它基本上等同于使该私有成员public。 在其他换句话说，如果您编写一个返回非常量引用或指向非常量成员的指针的 getter，那么您的代码基本上等同于以下内容：

class GameObject 
public:
  Transform _transform; // and you don't have to write a getter
;

但这是个坏主意。

如果您真的必须编写一个 getter，请按照 Balog Pal 的建议为私有成员提供一个 const 引用。如果您需要非常量引用，那么您应该重新考虑您的设计。

【讨论】：

听起来不错，但将其设为只读不是一种有效的方法吗？

@cboe 是的，绝对可以。

【参考方案4】：

经验法则：只有在绝对无法避免的情况下，您才需要考虑指针和所有权。 C++ 具有良好的值语义（用 const ref 扩展），因此您可以在需要指针之前获得相当长的时间，无论是智能的还是愚蠢的。

在您的示例中，_transform 作为直接成员非常好。 如果你想要一个吸气剂，你可以做它

Transform transform() const return _transform; 

在某些特殊情况下可能是

const Transform& transform() const return _transform; 

带有生命周期的文档。只有在合理的情况下才这样做。

嗯，显然最好的方法是完全不使用 getter。面向对象是关于行为的，让你的类做你的工作，而不是把它用作你不断从外部戳和查询的数据转储。

【讨论】：

"当需要转让所有权时，则需要一个指针。"这听起来比您的经验法则更容易理解。

我看不出矛盾。当指针使用不可避免时，有很好的线程列出案例，您的案例在列表中。

【参考方案5】：

我认为重要的是您的设计模拟了Transform 对象由其GameObject 拥有的事实。

如果不打算共享所有权（换句话说，如果 Transform 对象的生命周期严格受拥有它的唯一 GameObject 的生命周期约束），那么我会避免 @987654325 @。

在我看来，你的第一选择应该是你已经实际选择的那个：只要有一个Transform 类型的子对象。但是，返回对它的引用而不是原始指针：

class GameObject 
public:
    Transform& transform();
private:
    Transform _transform;
;

这是传达您提供对_transform 子对象的访问权限但拥有所有权这一事实的最清晰的可能方式。

客户不必担心诸如“我应该何时以及如何删除这个对象？我应该完全删除它吗？”之类的问题，因为你的界面很清楚：没有所有权，不负责任。

另一方面，有一些原因可能会阻止您这样做。一个可能的原因是GameObject 可能拥有也可能不拥有Transform 对象。如果是这种情况，您可能希望改用 unique_ptr（并返回一个原始指针，它可能为空）。

使用unique_ptr 的另一个原因可能是Transform 子对象的构造需要延迟，因为构造函数接受了一些需要计算的值，而无法在构造函数的初始化列表中提供。

一般来说，除非您有充分的理由这样做，否则请选择最简单的解决方案，并仅嵌入 Transform 类型的子对象，从而提供参考。

【讨论】：

你能解释一下最后一段吗？如果使用唯一指针，返回类型是否应该是一个将被“移动”到客户端的 unique_ptr？

@Koushik：如果Transform的构造函数必须使用需要一些非平凡计算的参数调用，并且该计算不能在GameObject的构造函数的初始化列表中执行，或者最好放在构造函数体中，这样Transform子对象就无法初始化。当然，如果Transform 有默认构造函数，那么我们可以让_transform 子对象默认构造，然后在主体中重新分配或修改它。

@Koushik：甚至，Transform 对象可以由客户端创建并通过unique_ptr 传递给GameObject。在任何情况下，GameObject 都不会通过返回unique_ptr 来提供对拥有的_transform 指针的访问。返回unique_ptr 将意味着转移所有权，这在此处是不需要的。 GameObject 将返回一个引用或一个原始指针（取决于是否总是有一个 Transform 对象被 GameObject 嵌入）

我理解那部分，但我不明白如何使用 unique_ptr 来推迟转换的构造。

@AndyProwl 啊现在我明白了。谢谢：）