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

假设你有一个包含类B的类A。当你想在类A之外调用类B的某个函数时,你只需要获得一个指向这个类的指针,你可以做任何你想做的事情,它也会改变类A中类B的上下文

但要小心动态对象

其他回答

这个问题有很多很好的答案,包括前向声明、多态性等重要用例,但我觉得你的问题的“灵魂”部分没有得到回答,即Java和C++中不同的语法意味着什么。

让我们来比较一下这两种语言的情况:

Java语言:

Object object1 = new Object(); //A new object is allocated by Java
Object object2 = new Object(); //Another new object is allocated by Java

object1 = object2; 
//object1 now points to the object originally allocated for object2
//The object originally allocated for object1 is now "dead" - nothing points to it, so it
//will be reclaimed by the Garbage Collector.
//If either object1 or object2 is changed, the change will be reflected to the other

与此最接近的等效值为:

C++:

Object * object1 = new Object(); //A new object is allocated on the heap
Object * object2 = new Object(); //Another new object is allocated on the heap
delete object1;
//Since C++ does not have a garbage collector, if we don't do that, the next line would 
//cause a "memory leak", i.e. a piece of claimed memory that the app cannot use 
//and that we have no way to reclaim...

object1 = object2; //Same as Java, object1 points to object2.

让我们看看另一种C++方式:

Object object1; //A new object is allocated on the STACK
Object object2; //Another new object is allocated on the STACK
object1 = object2;//!!!! This is different! The CONTENTS of object2 are COPIED onto object1,
//using the "copy assignment operator", the definition of operator =.
//But, the two objects are still different. Change one, the other remains unchanged.
//Also, the objects get automatically destroyed once the function returns...

最好的方法是——或多或少——Java(隐式)处理指向对象的指针,而C++可以处理指向对象或对象本身的指针。这是有例外的——例如,如果您声明Java“原始”类型,它们是复制的实际值,而不是指针。所以

Java语言:

int object1; //An integer is allocated on the stack.
int object2; //Another integer is allocated on the stack.
object1 = object2; //The value of object2 is copied to object1.

也就是说,使用指针不一定是正确或错误的处理方式;然而,其他答案已经令人满意地涵盖了这一点。不过,总的想法是,在C++中,您可以对对象的生存期以及它们将生存的位置进行更多的控制。

重点是——Object*Object=newObject()构造实际上最接近典型的Java(或C#)语义。

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。

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。

指针有很多用例。

多态行为。对于多态类型,指针(或引用)用于避免切片:

class Base { ... };
class Derived : public Base { ... };

void fun(Base b) { ... }
void gun(Base* b) { ... }
void hun(Base& b) { ... }

Derived d;
fun(d);    // oops, all Derived parts silently "sliced" off
gun(&d);   // OK, a Derived object IS-A Base object
hun(d);    // also OK, reference also doesn't slice

引用语义和避免复制。对于非多态类型,指针(或引用)将避免复制可能昂贵的对象

Base b;
fun(b);  // copies b, potentially expensive 
gun(&b); // takes a pointer to b, no copying
hun(b);  // regular syntax, behaves as a pointer

注意,C++11具有移动语义,可以避免将昂贵的对象复制到函数参数中并作为返回值。但是使用一个指针肯定会避免这些问题,并且允许在同一个对象上使用多个指针(而一个对象只能从一次移动)。

资源获取。在现代C++中,使用新运算符创建指向资源的指针是一种反模式。使用特殊的资源类(标准容器之一)或智能指针(std::unique_ptr<>或std::shared_ptr<>)。考虑:

{
    auto b = new Base;
    ...       // oops, if an exception is thrown, destructor not called!
    delete b;
}

vs.

{
    auto b = std::make_unique<Base>();
    ...       // OK, now exception safe
}

原始指针只能用作“视图”,而不能以任何方式涉及所有权,无论是通过直接创建还是通过返回值隐式创建。另请参阅C++常见问题解答中的问答。

更细粒度的生命周期控制每次复制共享指针(例如作为函数参数)时,它指向的资源都保持活动状态。常规对象(不是由new创建的,直接由您创建或在资源类中创建)在超出范围时被销毁。

tl;dr:不要“使用指针而不是对象本身”(通常)

你问为什么你更喜欢指针而不是对象本身。一般来说,你不应该。

现在,这条规则确实有多个例外,其他答案已经阐明了这些例外。问题是,这些天来,许多这些例外不再有效!让我们考虑一下公认答案中列出的例外情况:

您需要引用语义。

如果需要引用语义,请使用引用,而不是指针;参见@ST3的答案。事实上,有人会认为,在Java中,传递的通常是引用。

你需要多态性。

如果您知道要使用的一组类,通常可以使用std::variant<ClassA,ClassB,ClassC>(请参阅此处的描述),并使用访问者模式对它们进行操作。当然,C++的变体实现并不是最漂亮的;但我通常更喜欢它,而不是用指针弄脏。

您希望表示对象是可选的

绝对不要为此使用指针。您有std::可选的,与std::变体不同,它非常方便。请改用它。nullopt是空(或“null”)可选项。而且-这不是指针。

您希望分离编译单元以提高编译时间。

您也可以使用引用而不是指针来实现这一点。要在一段代码中使用Object&,只要说class Object;,即使用转发声明。

您需要与C库或C样式库交互。

是的,好吧,如果你使用已经使用指针的代码,那么-你必须自己使用指针,不能绕过这一点:-(而且C没有引用。


此外,有些人可能会告诉您使用指针来避免复制对象。由于返回值和命名的返回值优化(RVO和NRVO),这对于返回值来说并不是一个真正的问题。在其他情况下,参考文献可以很好地避免复制。

底线规则仍然与公认的答案相同:只有在有充分理由需要指针时才使用指针。


PS-如果你确实需要一个指针,你仍然应该避免直接使用new和delete。智能指针可能会更好地为您服务,它会自动释放(不像Java那样,但仍然如此)。