C++中的复杂内存管理问题

我需要在C++中构思一个有效的粒子系统，它可以处理大量施加力的粒子

以下是要求：

• 动态高效地创建和消除大量粒子和力。

• 粒子存储x/y/z的位置和速度、质量、空气摩擦，也许还有其他一些特性。

• 粒子不需要扩展（没有继承图）。

• 力是多态对象，主要具有getAcceleration（）虚拟方法。

• 可以对一个粒子施加几个力或不施加任何力。

• 一个力只适用于一个粒子，当这个粒子死亡时，该力就没有意义了，应该删除。

• 一个力可以包含多个粒子（包括应用该力的粒子）。

• 当一个粒子死亡（被移除）时，根据力的类型，涉及它的力可能也会死亡，也可能不会死亡。

• 引擎必须能够迭代每个帧的所有粒子和所有力，以便执行计算

我希望有一个漂亮而清晰的对象模型，这样它就可以很好地维护和扩展。

其他信息：

可以显示力（在屏幕上画小箭头），所以将它们建模为真实对象可能会很好
粒子通常由"物理对象"创建，该对象创建一个或多个粒子（对它们施加力），并可以随时移除它们（如果物理对象变得不动，如果它离开屏幕，或任何原因）
（注意，力不仅会由"物理物体"产生。）

到目前为止，我已经起草了一份草案，试图最大限度地减少动态分配，因为它们很慢，粒子很可能每秒都会大量出现和死亡。

#include <vector>
typedef double nb_t;
struct Particle {
    nb_t x, y;
    nb_t sx, sy;
    nb_t mass;
    nb_t air_friction;
};
class Force {
public:
    virtual nb_t get_x_component() = 0;
    virtual nb_t get_y_component() = 0;
    virtual ~Force() = 0;
};
class Engine {
protected:
    std::vector<Particle> particles;
    std::vector<Force*> forces;
public:
    void refresh();
    void addParticle(Particle& p);
    void removeParticle(int index);
    // ...
};

但是，粒子的所有者（或者更确切地说，它的创造者，物理对象）应该如何跟踪其粒子，并能够命令将其移除
我认为智能指针可能很有用，但我不确定引用计数是否合适，因为死亡的粒子应该立即从内存中删除，让其他粒子被分配。

此外，是否有一个STL容器可以将我的对象存储在一个数组中（就像向量一样），而不考虑顺序（unordered_vvector？），但它会放置最后一个元素，而不是我们试图删除的元素，这样删除元素就不需要平移以下所有元素？

你认为什么是最好的？为了保持效率、清晰度和可扩展性，什么是一个好的折衷方案