为什么我们不能更改 std::vector 的数据指针？

Question

我有一个数组char* source和一个向量std::vector<char> target 。 我想让向量target指向 O(1) 中的source ，而不复制数据。

这些方面的东西：

#include <vector>

char* source = new char[3] { 1, 2, 3 };
std::vector<char> target;
target.resize(3);

target.setData(source); // <- Doesn't exist
// OR
std::swap(target.data(), source); // <- swap() does not support char*
delete[] source;

为什么不能手动更改向量指向的位置？ 如果可能的话，是否会出现一些特定的、无法管理的问题？

Answer 1

C++ vector class支持添加和删除元素，保证memory中的连续顺序。 如果您可以使用现有的 memory 缓冲区初始化您的vector ，并向其中添加足够的元素，它会溢出或需要重新分配。

vector的接口假定它管理其内部缓冲区，也就是说，它可以随时分配、解除分配、调整大小（当然，在规范范围内）。 如果您需要一些不允许管理其缓冲区的东西，则不能使用vector - 使用不同的数据结构或自己编写一个。

您可以通过复制数据（使用带有两个指针或assign的构造函数）来创建vector object，但这显然不是您想要的。

或者，您可以使用string_view ，它看起来几乎或可能正是您需要的。

Answer 2

std::vector被认为是底层缓冲区的所有者。 您可以更改缓冲区，但此更改会导致分配，即制作您不想要的源缓冲区的副本（如问题中所述）。

您可以执行以下操作：

#include <vector>

int main() {
    char* source = new char[3] { 1, 2, 3 };
    std::vector<char> target;
    target.resize(3);
    target.assign(source, source + 3);
    delete[] source;
    return 0;
}

但又std::vector::assign ：

将内容替换为 [first, last) 范围内的内容的副本。

因此再次执行复制。 使用std::vector时您无法摆脱它。

如果您不想复制数据，那么您应该使用 C++20 中的std::span （或创建您自己的跨度）或使用std::string_view （看起来适合您，因为您有一个char数组）。

第一个选项：使用std::string_view

由于您仅限于 C++17，因此std::string_view可能非常适合您。 它从source指向的元素开始构造字符数组的前 3 个字符的视图。

#include <iostream>
#include <string_view>

int main() {
    char* source = new char[3] { 1, 2, 3 };

    std::string_view strv( source, 3 );

    delete[] source;

    return 0;
}

第二个选项：使用 C++20 中的std::span

std::span来自 C++20，因此它可能不是最适合您的方式，但您可能会对它是什么以及它的工作原理感兴趣。 您可以将std::span视为std::string_view的一个通用版本，因为它是任何类型的对象的连续序列，而不仅仅是字符。 用法与std::string_view ：

#include <span>
#include <iostream>

int main() {
    char* source = new char[3] { 1, 2, 3 };

    std::span s( source, 3 );

    delete[] source;

    return 0;
}

第三个选项：你自己的跨度

如果您仅限于 C++17，您可以考虑创建自己的span结构。 这可能仍然是一种矫枉过正，但让我告诉你（顺便看看这个更详细的答案）：

template<typename T>
class span {
   T* ptr_;
   std::size_t len_;

public:
    span(T* ptr, std::size_t len) noexcept
        : ptr_{ptr}, len_{len}
    {}

    T& operator[](int i) noexcept {
        return *ptr_[i];
    }

    T const& operator[](int i) const noexcept {
        return *ptr_[i];
    }

    std::size_t size() const noexcept {
        return len_;
    }

    T* begin() noexcept {
        return ptr_;
    }

    T* end() noexcept {
        return ptr_ + len_;
    }
};

int main() {
    char* source = new char[3] { 1, 2, 3 };

    span s( source, 3 );

    delete[] source;

    return 0;
}

所以用法与 C++20 版本的std::span相同。

Answer 3

std::string_view 和 std::span 是好东西（如果你有支持它们的编译器版本）。 滚动你自己的类似物也可以。

但是有些人忽略了为什么要对向量执行此操作的全部要点：

• 因为你有一个API 给Struct[] + size_t并给你所有权
• 而且您还有一个接受std::vector<Struct>的API

所有权可以很容易地转移到向量中，并且没有复制！

你可以说：但是自定义分配器，memory 映射文件指针，ROM memory 然后我可以设置为指针呢？

• 如果您已经准备好设置矢量内部，您应该知道自己在做什么。
• 在这些情况下，您实际上可以尝试为您的向量提供一个“正确的”分配器。

也许会在编译此代码时发出警告，但如果可能的话，那就太好了。

我会这样做：

• std::vector会得到一个构造函数，它要求std::vector::raw_source
• std::vector::raw_source是一个uint8_t*, size_t, bool结构（目前）
• bool takeOwnership : 告诉我们是否取得所有权 (false => copy)
• size_t size : 原始数据的大小
• uint8_t* ptr ：指向原始数据的指针
• 在取得所有权时，向量调整大小等使用向量分配策略，因为无论如何您都提供了模板参数 - 这里没有什么新鲜事。 如果这不符合你做错事的数据！

是的 API 我说看起来比单个“set_data(..)”或“own_memory(...)”function 更复杂，但试图澄清任何曾经使用过这个 Z8A5DA52ED12644427D359E70CA5 的人都非常了解它的含义。 我希望这个 API 存在，但也许我仍然忽略了其他问题原因？