C++ 11 智能指针所有权和转换

Question

我有一个基础实体类和派生类，比如牛和鸡......

using namespace std;
class Entity
{
    list<shared_ptr<Relationship>> relationships;
    void createRelationship(weak_ptr<Entity> other,.... other stuff)
    //...
    virtual ~Entity()
}
class Cow: public Entity
{
    //...
}
class Chicken : public Entity
....etc...

我正在尝试学习使用标准智能指针正确管理内存。我现在做事的方式是，我的派生类唯一存在的地方是共享指针的 vector ，例如......

vector<shared_ptr<Cow>>
vector<shared_ptr<Chicken>>
etc.

我的实体类负责管理任意两个实体之间的关系，无论它们是否具有相同的类型。为此，它保留了一个看起来像...的关系对象列表。

class Relationship
{
  weak_ptr<Entity> from;
  weak_ptr<Entity> to;
etc....
}

我使用弱指针是因为牛或鸡可能会死亡，在这种情况下它们与其他实体的关系应该失效。

所以这是我的问题。我将所有内容存储为指向派生类的共享指针，但我的实体类中的所有代码都使用指向基类的弱指针。我会经常需要将弱实体指针转换为共享 Cow 指针或将共享 Cow 指针转换为弱实体指针。

不知何故，我的代码允许我在上面实体类的 createRelationship(...) 的参数中传递 shared_ptr 对象。我真的不知道为什么要编译，我想知道这样做是否有效。我是否应该手动将它变成一个弱指针，然后使用 static_pointer_cast 进行转换？ (我问这个是因为我读到过将共享指针作为参数传递很慢，我担心这种情况会发生)。

另一方面，有时我知道某些关系存在于同一类型的两个实体之间。为了说明我的观点，一头需要从其 parent 那里继承其遗传基因的小母牛:它搜索其关系以找到亲子关系，然后获得指向其 parent 的弱实体指针。为了访问它们的遗传成员变量，它需要将这些指向实体的弱指针转换为指向奶牛的共享指针。我一直在使用 weak_ptr.lock() 然后是 dynamic_pointer_cast 来完成这个。

这是执行这两个(反向相关)转换的有效方式吗？任何一般性评论或引用资料都值得赞赏，因为我正试图有效地使用这些指针。

Answer 1

听起来您主要担心三个问题:

1. 正在存储weak_ptr当您必须频繁转换为 shared_ptr 时效率很高使用它的值(value)？
2. 为什么可以构造一个weak_ptr<T>来自shared_ptr<T> ？
3. 你最好还是使用 static_ptr_cast或 dynamic_pointer_cast

第2题最简单；正如沃恩提到的，weak_ptr有一个constructor来自 shared_ptr .

问题 1 和 3 更加模糊。为了解决这个问题，让我们来看看为什么你听说过 shared_ptr是缓慢的。当你路过一个 shared_ptr按值，它必须复制 shared_ptr ，并复制它涉及底层引用计数的原子增量。这种原子增量有很多优点和缺点，但简短的版本是，如果您不需要跟踪所有权，这是不必要的开销。 (在大多数情况下，担心这一点很可能是过早的优化，但 C++ 语言希望确保您有可能在事实证明有必要时担心这类事情。)

复制一个weak_ptr怎么样？ -- 这比复制 shared_ptr 快吗？ ？我没有运行任何基准测试，但我猜不会。实际上有两个引用计数，一个用于拥有引用(shared_ptr 份)，一个用于非拥有(weak_ptr 份)。这些中的每一个都将具有相同的原子更新要求，因此不会明显更快。我猜理论上 weak_ptr 的析构函数不必检查生成的引用计数并删除对象，因此如果您所做的只是复制，那将减少一个分支。但这是不太可能的用法；您可能会转换回 shared_ptr通过lock() .

这让我们回到了问题 1 的核心。获得 shared_ptr 需要多少开销？来自观察weak_ptr ？大约与复制 shared_ptr 的原子引用计数一样多，加上您在使用代码上需要的分支，以确保它成功，或在失败时处理。因此与其在这里考虑效率，不如考虑所有权和对象生命周期。您会遇到 lock() 的情况吗？将返回空 shared_ptr ？如果没有，您很可能可以通过观察原始指针来逃脱。如果标的shared_ptr对象可能会在 weak_ptr 之前消失确实如此，您需要对其进行过期检查。如果这是一个瓶颈，看看你是否能找到保证生命周期的方法。

最后回到问题 3。我在这里回答时并没有真正了解这些类型；相反，我是基于如何 shared_ptr作品。每个 static_pointer_cast , dynamic_pointer_cast , 和 const_pointer_cast返回 shared_ptr指向相同底层对象的实例。因此，他们执行了其引用计数的原子增量。因此，它们的开销大致是静态或动态或 const 转换的开销加上 shared_ptr 的开销。复制构造函数。 shared_ptr部分不太可能对您的整个程序很重要，而在类型转换部分中，只有 dynamic_cast的 dynamic_pointer_cast可能会有可衡量的费用(静态和常量转换几乎完全是编译时操作)。

所以我们又一次回到了所有权和对象生命周期。如果您拥有明确的所有权并且可以为您提供所需的生命周期，并且您还在编写性能瓶颈的代码，那么您会更高兴 unique_ptr并观察原始指针(这很好；“规则”是不拥有原始指针)。但如果它不是瓶颈，或者如果对象生命周期不是那么容易保证，shared_ptr和 weak_ptr绝对是用尽可能小的成本来保证它们的语义的便利。