智能指针列表-管理对象生存期和指针有效性

List of smart pointers - Managing object lifetime and pointer validity

本文关键字：指针 生存期 有效性 对象 管理 列表 智能      更新时间：2023-10-16

我有一个智能指针列表，其中每个指针指向一个单独的Entity类。

std::list<std::unique_ptr<Entity>> m_entities;

我希望构造函数在类实例化时"自动"处理std:：list类的每个指针的分配。然而，如果这个设计不好，那么我会欢迎一个更好的替代方案，因为它只对来自C#背景的我有意义。

Entity::Entity(Game &game) 
: m_game(game),             
m_id(m_game.g_idGenerator->generateNewID())             
{
m_game.m_entities.push_back(std::unique_ptr<Entity>(this));
}

我使用此方法遇到的主要问题是Entity类的生存期不受Entity类管理。

例如，如果我在堆栈上分配一个Entity类，它将在离开分配它的方法后调用Entity析构函数，指针将不再有效。

因此，我考虑了另一种选择，即创建一个智能指针，将Entity类分配给堆，然后显式地将指针添加到列表。

std::unique_ptr<Entity> b(new Entity(*this));
m_entities.push_back(b);   // ERROR

这会产生以下错误

error C2664: 'void std::list<_Ty>::push_back(_Ty &&)' : cannot convert parameter 1 from 'std::unique_ptr<_Ty>' to 'std::unique_ptr<_Ty> &&'

将每个指针分配到列表的最佳方法是什么？基于构造函数的版本是否可行？

我目前认为，应该处理每个Entity类的生存期的是智能指针列表，在构造函数中分配指针不是一个好的设计选择。在这种情况下，我可能应该创建一个CreateEntity方法，将指针添加到列表，而不是让构造函数处理它。这样更好吗？

在阅读了这里、这里和这里(场外)的问题后，我考虑了什么类型的智能指针适合此操作。根据我目前所读到的内容，很难得到确切的答案，尽管它们都提供了一些相互矛盾的建议。

以这种方式使用构造函数肯定不是一个好主意，因为构造函数没有关于如何创建和控制对象的信息——在堆栈上，静态地，通过一些智能指针动态地，通过哑指针动态地？

为了解决这个问题，您可以使用静态工厂方法来创建Entity实例：

class Entity
{
public:
// Variant with unique ownership
static void CreateGameEntity(Game& game)
{
std::unique_ptr<Entity> p(new Entity());
game.m_entities.push_back(std::move(p));
}
// OR (you cannot use both)
// Variant with shared ownership
static std::shared_ptr<Entity> CreateGameEntity(Game& game)
{
std::shared_ptr<Entity> p(new Entity());
game.m_entities.push_back(p);
return p;
}
private:
// Declare ctors private to avoid possibility to create Entity instances
// without CreateGameEntity() method, e.g. on stack.
Entity();
Entity(const Entity&);
};

要使用哪个智能指针？这取决于你的设计。如果Game对象仅拥有Entity实例并完全管理其生存期，则可以使用std::unique_ptr。如果您需要某种共享所有权(例如，您有多个Game对象可以共享相同的Entity对象)，则应使用std::shared_ptr。

另外，在拥有唯一所有权的情况下，您可以使用Boost指针容器库。它包含专门拥有的指针容器，如ptr_vector、ptr_list、ptr_map等。

我不会对您的设计问题发表评论，但为了修复您的错误，请将您的代码更改为：

m_entities.push_back(std::unique_ptr<Boundary>(new Boundary(*this, body)));

或：

std::unique_ptr<Boundary> b(new Boundary(*this, body));
m_entities.push_back(std::move(b));

原因是代码中的b是一个左值，但std::unique_ptr<>是一个仅移动类型(即没有复制构造函数)。

代码中的问题是您试图将std::unique_ptr<T>从l值中移动。std::unique_ptr<T>的实例化是不可复制的，并且只能移动。要从l值移动，您需要明确地这样做：

this->m_entities.push_back(std::move(b));

对std::move()的调用不会真正移动任何东西，但它确实产生了一个类型，该类型向编译器指示对象可以移动。

要解决堆栈创建实例的问题，只需向构造函数添加一个参数，告诉它不要将新实例添加到列表中，例如：

Entity::Entity(Game &game, bool AddToList = true)  
: m_game(game),              
m_id(m_game.g_idGenerator->generateNewID())              
{ 
if (AddToList) m_game.m_entities.push_back(this); 
} 


{
...
Entity e(game, false);
...
}

另一种选择可能是向Entity添加一个析构函数，如果它仍然存在，则将其从列表中删除，但为了避免直接Entity破坏和unique_ptr破坏之间的冲突，这可能会变得有点复杂。

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