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

这已经详细讨论过了,但在Java中,一切都是指针。它不区分堆栈和堆分配(所有对象都在堆上分配),因此您不会意识到您正在使用指针。在C++中,可以根据内存需求将两者混合使用。C++中的性能和内存使用更具确定性(duh)。

其他回答

从技术上讲,这是一个内存分配问题,但这里有两个更实际的方面。这与两件事有关:1) 作用域,当您定义一个没有指针的对象时,在代码块中定义该对象后,您将无法再访问该对象,而如果您使用“new”定义指针,则您可以从具有指向该内存的指针的任何位置访问它,直到您对同一指针调用“delete”。2) 如果要向函数传递参数,则需要传递指针或引用以提高效率。当您传递一个对象时,该对象将被复制,如果这是一个使用大量内存的对象,这可能会占用CPU(例如,您复制了一个充满数据的向量)。当您传递一个指针时,您传递的是一个int(取决于实现,但大多数是一个整数)。

除此之外,您还需要了解“new”在堆上分配了需要在某个时候释放的内存。当您不必使用“new”时,我建议您使用“堆栈上”的常规对象定义。

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。

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。

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。

主要问题是为什么我应该使用指针而不是对象本身?我的回答是,你应该(几乎)永远不要使用指针而不是对象,因为C++有引用,它比指针更安全,并且保证了与指针相同的性能。

你在问题中提到的另一件事:

Object *myObject = new Object;

它是如何工作的?它创建Object类型的指针,分配内存以适应一个对象,并调用默认构造函数,听起来不错,对吧?但实际上,如果你动态分配内存(使用关键字new),你还必须手动释放内存,这意味着在代码中你应该:

delete myObject;

这调用析构函数并释放内存,看起来很简单,但在大型项目中,可能很难检测一个线程是否释放了内存,但为此,您可以尝试共享指针,这会稍微降低性能,但使用它们要容易得多。


现在一些介绍已经结束,回到问题上来。

在函数之间传输数据时,可以使用指针而不是对象来获得更好的性能。

看看,你有std::string(它也是对象),它包含了很多数据,例如大XML,现在你需要解析它,但为此你有一个函数void foo(…),它可以用不同的方式声明:

void foo(std::string xml);在这种情况下,您将把变量中的所有数据复制到函数堆栈中,这需要一些时间,因此性能会很低。void foo(std::string*xml);在这种情况下,您将以与传递size_t变量相同的速度将指针传递给对象,但这种声明容易出错,因为您可以传递NULL指针或无效指针。指针通常在C中使用,因为它没有引用。void foo(std::string&xml);这里传递引用,基本上和传递指针一样,但编译器做了一些事情,不能传递无效引用(实际上,可能会使用无效引用创建情况,但这会使编译器感到棘手)。void foo(const std::string*xml);这里与第二个相同,只是指针值不能更改。void foo(const std::string&xml);这里与第三个相同,但对象值不能更改。

我还想提的是,无论您选择了哪种分配方式(新的还是常规的),您都可以使用这5种方式传递数据。


另一件事要提的是,当您以常规方式创建对象时,您会在堆栈中分配内存,但当您使用新对象创建对象时会分配堆。分配堆栈要快得多,但对于真正大的数据数组来说,它有点小,所以如果你需要大对象,你应该使用堆,因为你可能会遇到堆栈溢出,但通常这个问题是使用STL容器解决的,记住std::string也是容器,有些人忘记了:)