在不使用静态成员的情况下跨对象树共享数据的策略

Posted 2023-02-22

【中文标题】在不使用静态成员的情况下跨对象树共享数据的策略

【英文标题】：Strategy to sharing data across an object tree without using static members

【发布时间】：2014-08-05 11:48:35

【问题描述】：

我处于需要在多态对象树的许多实例之间共享数据的情况下，但话又说回来，我需要共享数据是“每棵树”，因此在基类中使用静态类成员是不行的真的是一个选择。

我不想用指向共享数据的额外成员指针来“负担”每个实例，所以我目前的方法（考虑到我使用树）是将共享数据作为树根节点的成员，并且每次访问根据访问“树全局”数据的特定节点的深度，共享数据会经过一系列间接链接。

由于在某些情况下共享数据会被非常频繁地访问（每秒数百万......至少这是预期的），我想知道是否有一些设计模式可以帮助我避免间接到达根节点，同时仍然不会给对象的足迹带来额外的膨胀。

虽然可以将根节点指针“缓存”为本地节点，例如访问共享数据的紧密循环，但在许多情况下，功能将沿着树节点级联，甚至在进程中切换树，因此缓存根节点指针只适用于窄上下文。

请注意，静态成员的提及并不将实现范围限制为 C++，我也添加了 C 标记，因为此时我对任何想法持开放态度。

【参考方案1】：

与树节点交互的所有方法都将指向根的指针作为它们的第一个参数。

享元封装类可以隐藏此实现细节，您可以通过不透明类访问树节点，该类具有真正的树节点指针和指向根的指针。如果你要求一个孩子，它会返回另一个蝇量级。

现在你的树缺少额外的指针，但接口类有额外的指针。

如果您的树节点是不可变的（逻辑上），您甚至可以复制它们的状态以降低间接成本。

template<class Data>
struct internal_tree 
  Data d;
  std::unique_ptr<internal_tree> left;
  std::unique_ptr<internal_tree> right;
;

template<class Data>
struct flyweight_tree 
private:
  internal_tree* internal = nullptr;
  internal_tree* root = internal;
  flyweight_tree(internal_tree* t, internal_tree* r):internal(t),root(r) 
public:
  flyweight_tree() 
  flyweight_tree(internal_tree* r):internal(r) 
  flyweight_tree left() const  return  internal->left.get(), root ; 
  flyweight_tree right() const  return  internal->right.get(), root ; 
;

现在我们实际的internal_tree 数据结构不存储指向根的指针。使用它的代码通过flyweight_tree 访问它，该flyweight_tree 存储指向根的指针，但指向根的指针仅存储在访问点，从不长期存储。

如果您想要parent，您甚至可以将其实现为享元，其中flyweight_tree 存储指向父级指针的std::vector（而不是root）。这在你的树节点中节省了另一堆内存（没有指向父节点的指针，但是每个使用它的人都可以获得父节点，因为他们通过flyweight_tree 使用它）。

我们可以在internal_tree 中实现大部分工作，其中它将flyweight_tree 存储的信息作为参数，或者我们可以在flyweight_tree 中实现大部分树逻辑并将internal_tree 保留为紧凑的“长期存储”结构。

【讨论】：

目标不是隐藏复杂性，而是减少内存占用。为了几个字节的共享数据而保留潜在的数百万个指针太浪费了......

@user3735658 当然可以。所以我减少了内存占用（通过不存储指向根的指针）。相反，每个方法都采用“指向根的指针”。然后，由于传递指向根的指针容易出错且复杂，我们然后使用享元模式降低复杂性。您需要享元模式的示例吗？

【参考方案2】：

我能想到的可能性是：

如果您的根数有限，请将偏移量（例如在 uint8_t 中）存储到具有您的根的静态数组中。例如，如果您只有 5-10 个根，则无需为每个节点存储多达 64 位。 为什么不在自己的进程中运行每个“树”（在操作系统级别）？这样，每个根都可以存储为静态数据并在全局范围内访问。 如果您可以限制节点的数量，也许您可​​以使用特殊的分配器：首先在给定内存边界的开头分配您的根，例如 0x0010000、0x0020000 等...然后检索对每个节点进行简单减法/位移的根？但是您必须能够确保您可以在每棵树的内存区域内分配所有节点。