我来自Java背景,已经开始使用C++中的对象。但我想到的一件事是,人们经常使用指向对象的指针,而不是对象本身,例如这样的声明:

Object *myObject = new Object;

而不是:

Object myObject;

或者不用函数,让我们说testFunc(),如下所示:

myObject.testFunc();

我们必须写下:

myObject->testFunc();

但我不明白我们为什么要这样做。我认为这与效率和速度有关,因为我们可以直接访问内存地址。我说得对吗?


当前回答

在内存利用率很高的领域,指针很方便。例如,考虑一个极大极小算法,其中将使用递归例程生成数千个节点,然后使用它们来评估游戏中的下一个最佳移动,解除分配或重置(如智能指针)的能力显著减少了内存消耗。而非指针变量继续占用空间,直到其递归调用返回值。

其他回答

非常不幸的是,您经常看到动态分配。这正好说明有多少糟糕的C++程序员。

从某种意义上说,你有两个问题合并在一起。第一个问题是什么时候应该使用动态分配(使用新的)?第二个问题是我们什么时候应该使用指针?

重要的信息是,你应该始终使用合适的工具来完成工作。在几乎所有情况下,都有比执行手动动态分配和/或使用原始指针更合适和更安全的方法。

动态分配

在您的问题中,您演示了创建对象的两种方法。主要区别是对象的存储持续时间。执行Object myObject时;在一个块中,创建的对象具有自动存储持续时间,这意味着当它超出范围时将自动销毁。当您执行new Object()时,对象具有动态存储持续时间,这意味着它将保持活动状态,直到您显式删除它。您只应在需要时使用动态存储持续。也就是说,在可能的情况下,您应该始终倾向于创建具有自动存储持续时间的对象。

您可能需要动态分配的主要两种情况:

您需要该对象比当前作用域(即位于特定内存位置的特定对象,而不是其副本)更长寿。如果您可以复制/移动该对象(大多数情况下您应该这样做),则应该选择自动对象。您需要分配大量内存,这可能很容易填满堆栈。如果我们不必担心这一点(大多数时候你不必担心),那将是很好的,因为这确实超出了C++的权限,但不幸的是,我们必须处理我们正在开发的系统的现实。

当您确实需要动态分配时,应该将其封装在智能指针或执行RAII的其他类型(如标准容器)中。智能指针提供动态分配对象的所有权语义。例如,看看std::unique_ptr和std::shared_ptr。如果使用得当,几乎可以完全避免执行自己的内存管理(请参阅零规则)。

指针

然而,除了动态分配之外,原始指针还有其他更一般的用途,但大多数都有您应该更喜欢的替代方法。如前所述,除非你真的需要指针,否则总是倾向于选择其他选项。

您需要引用语义。有时,您希望使用指针传递对象(无论它是如何分配的),因为您希望传递对象的函数能够访问该特定对象(而不是其副本)。然而,在大多数情况下,您应该更喜欢引用类型而不是指针,因为这正是它们的设计目的。注意,这不一定是关于将对象的寿命延长到当前范围之外,如上面的情况1所示。如前所述,如果可以传递对象的副本,则不需要引用语义。你需要多态性。您只能通过指向对象的指针或引用以多态方式(即,根据对象的动态类型)调用函数。如果这是您需要的行为,那么您需要使用指针或引用。同样,应首选参考文献。您希望通过在省略对象时允许传递nullptr来表示对象是可选的。如果它是一个参数,您应该更喜欢使用默认参数或函数重载。否则,您最好使用封装此行为的类型,例如std::optional(在C++17中引入-对于早期的C++标准,使用boost::option)。您希望分离编译单元以提高编译时间。指针的有用特性是只需要指向类型的前向声明(要实际使用对象,需要定义)。这允许您分离部分编译过程,这可能会显著缩短编译时间。参见Pimpl成语。您需要与C库或C样式库交互。此时,您必须使用原始指针。你能做的最好的事情就是确保你只在最后一刻放松你的原始指针。例如,通过使用智能指针的get成员函数,可以从智能指针获取原始指针。如果库为您执行了一些分配,它希望您通过句柄解除分配,则通常可以使用自定义删除器将句柄包装在智能指针中,以适当地解除分配对象。

前言

Java与C++完全不同,这与大肆宣传相反。Java炒作机器希望您相信,因为Java具有类似C++的语法,所以语言是相似的。没有什么比事实更离谱了。这种错误信息是Java程序员在不理解代码含义的情况下使用C++并使用类似Java的语法的部分原因。

我们继续前进

但我不明白我们为什么要这样做。我想是吧与效率和速度有关,因为我们可以直接访问存储器地址。我说得对吗?

事实上恰恰相反。堆比堆栈慢得多,因为与堆相比,堆栈非常简单。自动存储变量(也称为堆栈变量)一旦超出作用域,就会调用其析构函数。例如:

{
    std::string s;
}
// s is destroyed here

另一方面,如果使用动态分配的指针,则必须手动调用其析构函数。delete为您调用这个析构函数。

{
    std::string* s = new std::string;
    delete s; // destructor called
}

这与C#和Java中流行的新语法无关。它们用于完全不同的目的。

动态分配的好处

1.您不必事先知道阵列的大小

许多C++程序员首先遇到的问题之一是,当他们接受用户的任意输入时,只能为堆栈变量分配固定大小。也不能更改数组的大小。例如:

char buffer[100];
std::cin >> buffer;
// bad input = buffer overflow

当然,如果改用std::string,std::字符串会在内部调整自身大小,这样就不会有问题。但本质上解决这个问题的方法是动态分配。您可以根据用户的输入分配动态内存,例如:

int * pointer;
std::cout << "How many items do you need?";
std::cin >> n;
pointer = new int[n];

附带说明:许多初学者犯的一个错误是可变长度数组。这是GNU扩展,也是Clang中的一个扩展因为它们反映了GCC的许多扩展。因此,以下内容不应依赖int arr[n]。

因为堆比堆栈大得多,所以可以任意分配/重新分配所需的内存,而堆栈有限制。

2.数组不是指针

你问这是什么好处?一旦您了解了数组和指针背后的困惑/迷思,答案就会变得清晰。人们通常认为它们是相同的,但事实并非如此。这个神话来自这样一个事实,即指针可以像数组一样下标,因为数组在函数声明中会衰减到顶层的指针。然而,一旦数组衰减为指针,指针就会丢失其大小信息。因此sizeof(指针)将以字节为单位给出指针的大小,在64位系统中通常为8字节。

不能分配给数组,只能初始化它们。例如:

int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5}; // initialization 
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5}; // The standard dictates that the size of the array
                             // be given by the amount of members in the initializer  
arr = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // ERROR

另一方面,你可以用指针做任何你想做的事情。不幸的是,因为指针和数组之间的区别在Java和C#中是手动的,所以初学者不理解它们之间的区别。

3.多态性

Java和C#具有允许您将对象视为另一个对象的功能,例如使用as关键字。因此,如果有人想将实体对象视为Player对象,可以执行Playerplayer=EntityasPlayer;如果您打算在仅应应用于特定类型的同构容器上调用函数,这非常有用。功能可通过以下类似方式实现:

std::vector<Base*> vector;
vector.push_back(&square);
vector.push_back(&triangle);
for (auto& e : vector)
{
     auto test = dynamic_cast<Triangle*>(e); // I only care about triangles
     if (!test) // not a triangle
        e.GenericFunction();
     else
        e.TriangleOnlyMagic();
}

所以,假设只有Triangles有一个Rotate函数,那么如果您试图在类的所有对象上调用它,那么这将是一个编译器错误。使用dynamic_cast,可以模拟as关键字。要明确的是,如果强制转换失败,它将返回一个无效的指针。所以test本质上是检查测试是否为NULL或无效指针的简写,这意味着强制转换失败。

自动变量的优点

在看到了动态分配可以做的所有伟大的事情之后,您可能会想为什么没有人不一直使用动态分配?我已经告诉过你一个原因,堆很慢。如果你不需要所有的记忆,你就不应该滥用它。所以这里有一些不按特定顺序排列的缺点:

它容易出错。手动分配内存是危险的,并且容易发生泄漏。如果你不熟练使用调试器或valgrind(一种内存泄漏工具),你可能会抓狂。幸运的是,RAII习语和智能指针稍微缓解了这一点,但您必须熟悉诸如“三法则”和“五法则”之类的实践。这是一个需要学习的大量信息,初学者如果不知道或者不在乎,就会陷入这个陷阱。这是没有必要的。与Java和C#不同,在C++中,到处使用新关键字是一种习惯,只有在需要的时候才应该使用它。当初学者开始使用C++时,他们害怕指针,并习惯性地学习使用堆栈变量,而Java和C#程序员开始使用指针时却不懂它!这实际上是踩错了脚。你必须放弃你所知道的一切,因为语法是一回事,学习语言是另一回事。

1.(N)RVO-Aka,(命名)返回值优化

许多编译器进行的一种优化是省略和返回值优化。这些东西可以避免不必要的复制,这对于非常大的对象(例如包含许多元素的向量)非常有用。通常,通常的做法是使用指针来转移所有权,而不是复制大型对象来移动它们。这导致了移动语义和智能指针的出现。

如果使用指针,则不会发生(N)RVO。如果您担心优化,那么利用(N)RVO而不是返回或传递指针会更有益,也更不容易出错。如果函数的调用方负责删除动态分配的对象等,则可能发生错误泄漏。如果指针像烫手山芋一样四处传递,则很难跟踪对象的所有权。只需使用堆栈变量,因为它更简单、更好。

在内存利用率很高的领域,指针很方便。例如,考虑一个极大极小算法,其中将使用递归例程生成数千个节点,然后使用它们来评估游戏中的下一个最佳移动,解除分配或重置(如智能指针)的能力显著减少了内存消耗。而非指针变量继续占用空间,直到其递归调用返回值。

在C++中,堆栈上分配的对象(使用Object对象;块内的语句)将只存在于声明的范围内。当代码块完成执行时,声明的对象将被销毁。而如果使用Object*obj=new Object()在堆上分配内存,则它们将继续驻留在堆中,直到调用delete obj。

如果我想在堆上创建一个对象,而不仅仅是在声明/分配该对象的代码块中使用该对象。

使用指针的一个原因是与C函数接口。另一个原因是节省内存;例如:不要将包含大量数据且具有处理器密集型复制构造函数的对象传递给函数,只需将指针传递给该对象即可节省内存和速度,尤其是在循环中,但在这种情况下引用会更好,除非您使用的是C样式数组。