持有大共享状态的访问者类:实现引用语义的最佳方式

Visitor class holding large shared state: best way to implement reference semantics?

本文关键字：实现 引用 语义 方式 最佳 访问者 共享 状态      更新时间：2023-10-16

这个问题大致基于Boost。图形库(BGL)，它使用类似访问者的模式来定制递归(搜索)算法。BGL按值传递访问者对象(类似于STL函数对象)，文档声明

由于visitor形参是按值传递的，如果visitor包含state，则在算法过程中对状态的任何更改都将对visitor对象的副本进行修改，而不是对传入的visitor对象进行修改。因此，您可能希望访问者通过指针或引用来保持此状态。

我的问题:实现有状态访问者类的引用语义的最佳方法是什么?从精确的指针类(原始的、唯一的、共享的、const的、非const的)抽象出来，什么是放置引用的最佳位置:在参数传递中还是在数据成员中?

选项1: visitor通过指针保存状态，并按值传递(如Boost.Graph)

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_(new State()) {}
    void start() { /* bla */ }
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State* state_;
}
template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor v)
{
    v.start();
    algorithm(next(n), v);
    v.finish();
}

替代方案2: visitor按值保存数据，并按指针传递

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_() {}
    void start() { /* bla */ } 
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State state_;
}
template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor* v)
{
    v->start();
    algorithm(next(n), v);
    v->finish();
}

我目前的倾向:我发现选项1[保存指针/引用的对象按值传递]有点不舒服，因为访问者不满足值语义，所以我宁愿在参数列表[选项2]中明确引用语义。还有其他相关的考虑或选择吗?

还有第三种选择:

class Visitor
{
public:
    Visitor(): state_() {}
    void start() { /* bla */ } 
    void finish() { /* mwa */ }
private:
    State state_;
};
template<typename Node, typename Visitor>
int algorithm(Node const& n, Visitor v)
{
    v.start();
    algorithm(next(n), v);
    v.finish();
}
// Set the reference semantics here, use value everywhere else
algorithm(myNode, boost::ref(myVisitor)); // ... or std::ref in c++11

我认为这通常是标准所青睐的，而不是显式地将某物标记为指针或引用。毕竟，std::ref和std::cref已经被引入来解决这个问题。

另一方面，在《c++编码标准》一书中，Sutter和Alexandrescu认为函数函数应该总是易于快速复制的。他们建议在内部使用引用计数状态块(IIRC，这里没有书)。因此，虽然std::ref或std::cref可以解决您的问题，但它们更常用于"适应"非函子对象，例如，当通过std::bind传递std::vector时。

选项1，使用shared_ptr<T>(或者更好:shared_ptr<T const>)可能是您的最佳选择。在任何一种情况下，你只是"包装"你的指针语义后面的值语义的BGL代码，这是可以的，只要你得到所有的对象生存期正确。

我理解您对替代方案1的不适，但我认为这是"公共汽车已经离开"的情况;换句话说，c++标准库(以及Boost，而不仅仅是BGL)的方向倾向于使用"保留引用"模式。

考虑一下，例如，可以用lambda表达式实现的函数的广泛使用。据我所知，所有标准库(和boost)接口都按值传递函数函数参数，因此，如果函数函数保持状态，它必须通过引用来保持状态。因此，我们应该习惯看到[&](){}而不是[=](){}。并且，通过类比，我们应该习惯看到访问者持有指向其状态的引用(或指针，但我更喜欢引用)。

实际上有一个很好的理由通过值而不是通过引用传递函子(和访问者)。如果它们是通过引用传递的，那么它们要么由const&传递，这将使状态修改变得不可能，要么由&传递，这将使使用临时值变得不可能。唯一的另一种可能是传递一个显式指针，但这不能与lambdas或临时值一起使用(除非临时值被不必要地堆分配)。

试图使你的访问者无状态是没有意义的，当它实际上有一个状态。我看(2)没有任何问题。

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