unordered_set <Foo> 作為Foo的數據成員？

Question

如標題所述，我正在嘗試使用包含Foo類的對象的unordered_set作為Foo類的數據成員。 這在C ++中可能嗎？

我有以下代碼：

#include <unordered_set>
using namespace std;

struct FooHash;

class Foo {
public:
    int id;
    unordered_set<Foo, FooHash> foos; // error here
    bool operator==(const Foo& foo) {
        return id == foo.id;
    }
};

struct FooHash {
    size_t operator()(const Foo& foo) const {
        return foo.id;
    }
};

int main() {
    Foo f;
    unordered_set<Foo, FooHash> foos;
    return 0;
}

但它引發以下錯誤：

In file included from /usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable.h:35:0,
                 from /usr/include/c++/6.3.1/unordered_set:47,
                 from main.cpp:1:
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h: In instantiation of ‘struct std::__detail::__is_noexcept_hash<Foo, FooHash>’:
/usr/include/c++/6.3.1/type_traits:143:12:   required from ‘struct std::__and_<std::__is_fast_hash<FooHash>, std::__detail::__is_noexcept_hash<Foo, FooHash> >’
/usr/include/c++/6.3.1/type_traits:154:38:   required from ‘struct std::__not_<std::__and_<std::__is_fast_hash<FooHash>, std::__detail::__is_noexcept_hash<Foo, FooHash> > >’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/unordered_set.h:95:63:   required from ‘class std::unordered_set<Foo, FooHash>’
main.cpp:9:33:   required from here
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:85:34: error: no match for call to ‘(const FooHash) (const Foo&)’
  noexcept(declval<const _Hash&>()(declval<const _Key&>()))>
           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~^~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
In file included from /usr/include/c++/6.3.1/bits/move.h:57:0,
                 from /usr/include/c++/6.3.1/bits/stl_pair.h:59,
                 from /usr/include/c++/6.3.1/utility:70,
                 from /usr/include/c++/6.3.1/unordered_set:38,
                 from main.cpp:1:
/usr/include/c++/6.3.1/type_traits: In instantiation of ‘struct std::__not_<std::__and_<std::__is_fast_hash<FooHash>, std::__detail::__is_noexcept_hash<Foo, FooHash> > >’:
/usr/include/c++/6.3.1/bits/unordered_set.h:95:63:   required from ‘class std::unordered_set<Foo, FooHash>’
main.cpp:9:33:   required from here
/usr/include/c++/6.3.1/type_traits:154:38: error: ‘value’ is not a member of ‘std::__and_<std::__is_fast_hash<FooHash>, std::__detail::__is_noexcept_hash<Foo, FooHash> >’
     : public integral_constant<bool, !_Pp::value>

向前聲明這兩個類並在之后聲明方法將產生以下兩個錯誤：

In file included from /usr/include/c++/6.3.1/unordered_set:44:0,
                 from main.cpp:1:
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h: In instantiation of ‘struct __gnu_cxx::__aligned_buffer<Foo>’:
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:246:43:   required from ‘struct std::__detail::_Hash_node_value_base<Foo>’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:277:12:   required from ‘struct std::__detail::_Hash_node<Foo, true>’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:1894:60:   required from ‘struct std::__detail::_Hashtable_alloc<std::allocator<std::__detail::_Hash_node<Foo, true> > >’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable.h:170:11:   required from ‘class std::_Hashtable<Foo, Foo, std::allocator<Foo>, std::__detail::_Identity, std::equal_to<Foo>, FooHash, std::__detail::_Mod_range_hashing, std::__detail::_Default_ranged_hash, std::__detail::_Prime_rehash_policy, std::__detail::_Hashtable_traits<true, true, true> >’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/unordered_set.h:96:18:   required from ‘class std::unordered_set<Foo, FooHash>’
main.cpp:12:37:   required from here
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h:85:34: error: invalid application of ‘sizeof’ to incomplete type ‘Foo’
     : std::aligned_storage<sizeof(_Tp), std::alignment_of<_Tp>::value>
                                  ^
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h:85:34: error: invalid application of ‘sizeof’ to incomplete type ‘Foo’
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h: In instantiation of ‘void* __gnu_cxx::__aligned_buffer<_Tp>::_M_addr() [with _Tp = Foo]’:
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h:110:41:   required from ‘_Tp* __gnu_cxx::__aligned_buffer<_Tp>::_M_ptr() [with _Tp = Foo]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:250:34:   required from ‘_Value* std::__detail::_Hash_node_value_base<_Value>::_M_valptr() [with _Value = Foo]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:1971:36:   required from ‘void std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::_M_deallocate_node(std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::__node_type*) [with _NodeAlloc = std::allocator<std::__detail::_Hash_node<Foo, true> >; std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::__node_type = std::__detail::_Hash_node<Foo, true>]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable_policy.h:1984:22:   required from ‘void std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::_M_deallocate_nodes(std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::__node_type*) [with _NodeAlloc = std::allocator<std::__detail::_Hash_node<Foo, true> >; std::__detail::_Hashtable_alloc<_NodeAlloc>::__node_type = std::__detail::_Hash_node<Foo, true>]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable.h:1901:7:   required from ‘void std::_Hashtable<_Key, _Value, _Alloc, _ExtractKey, _Equal, _H1, _H2, _Hash, _RehashPolicy, _Traits>::clear() [with _Key = Foo; _Value = Foo; _Alloc = std::allocator<Foo>; _ExtractKey = std::__detail::_Identity; _Equal = std::equal_to<Foo>; _H1 = FooHash; _H2 = std::__detail::_Mod_range_hashing; _Hash = std::__detail::_Default_ranged_hash; _RehashPolicy = std::__detail::_Prime_rehash_policy; _Traits = std::__detail::_Hashtable_traits<true, true, true>]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/hashtable.h:1227:12:   required from ‘std::_Hashtable<_Key, _Value, _Alloc, _ExtractKey, _Equal, _H1, _H2, _Hash, _RehashPolicy, _Traits>::~_Hashtable() [with _Key = Foo; _Value = Foo; _Alloc = std::allocator<Foo>; _ExtractKey = std::__detail::_Identity; _Equal = std::equal_to<Foo>; _H1 = FooHash; _H2 = std::__detail::_Mod_range_hashing; _Hash = std::__detail::_Default_ranged_hash; _RehashPolicy = std::__detail::_Prime_rehash_policy; _Traits = std::__detail::_Hashtable_traits<true, true, true>]’
/usr/include/c++/6.3.1/bits/unordered_set.h:126:7:   required from here
/usr/include/c++/6.3.1/ext/aligned_buffer.h:99:36: error: using invalid field ‘__gnu_cxx::__aligned_buffer<_Tp>::_M_storage’
         return static_cast<void*>(&_M_storage);

似乎標准中不允許使用不完整類型的容器。 我想嘗試使用指針，但是不能為指針操作數重載operator== 。 任何解決方法？

Answer 1

在將它們用作unordered_set的模板參數之前，需要完全定義您的類。 雖然Foo 在其自身的定義期間無法完全定義，但其指針類型卻是。 您可以很容易地用unique_ptr<Foo>替換Foo ，以解決此問題。

#include <memory>
#include <unordered_set>

// Forward declaration
class Foo;

// Declare classes
struct FooHash {
    size_t operator()(const std::unique_ptr<Foo>& foo) const;
};

class Foo {
public:
    int id;
    std::unordered_set<std::unique_ptr<Foo>, FooHash> foos;
};

// Method implementations
size_t FooHash::operator()(const std::unique_ptr<Foo>& foo) const {
    return foo->id;
}

Answer 2

正如FrançoisAndrieux在其答案中指出的那樣，std :: unordered_set不能使用不完整的類型。 他使用std::unique_ptr給出了可能的解決方案。

使用std::unique_ptr一個缺點可能是您的類現在需要顯式的動態內存分配才能插入Foo::foos 。 我認為這是應該隱藏的實現細節。

另一個（可能更大）的問題可能是您松散了值語義 ，因為std :: unique_ptr只能移動，不能復制。 您將必須實現自定義副本構造函數和賦值運算符，以獲取值語義。

使用boost :: recursive_wrapper ，還有另一種可能隱藏指針的解決方案。 盡管boost::recursive_wrapper是為boost::variant發明的，但它可以用於不允許使用不完整類型的其他情況。

使用recursive_wrapper，Foo類變為：

class Foo {
public:
    using Wrapper = boost::recursive_wrapper<Foo>;

    Foo() = default;
    explicit Foo( int id ) : id( id ) {}

    struct Hash {
        size_t operator()(const Wrapper& foo) const { return foo.get().id; }
    };

    struct KeyEqual {
        bool operator()(const Wrapper& foo1, const Wrapper& foo2) const {
            return foo1.get().id == foo2.get().id; 
        }
    };

    using Set = std::unordered_set< Wrapper, Hash, KeyEqual >;
    Set foos;
    int id = 0;
};

我通過使用std::unordered_set的第三個模板參數KeyEqual進行了另一個更改，以獨立於Foo::operator==定義鍵的相等性。 現在可以通過比較Foo的所有成員而不只是id來按原樣實現Foo::operator== 。 這留給讀者練習。

要在Foo::foos插入和查找項目，您可以定期創建Foo實例，而不必使用動態內存分配。 在幕后， boost::recursive_wrapper會動態分配內存。

您唯一會注意到使用包裝器的地方是當您通過Foo::Set的迭代器訪問Foo時，因為這時您必須調用boost::reference_wrapper::get() 。 這並不比使用std::unique_ptr差，后者需要使用雙重間接std::unique_ptr （即(*it)->id ）。

用法示例：

int main() {
    Foo f1;

    // No explicit dynamic memory allocation here! 
    f1.foos.insert( Foo( 1 ) );
    f1.foos.insert( Foo( 1 ) );
    f1.foos.insert( Foo( 2 ) );

    // Value semantics are kept.
    Foo f2 = f1;

    f2.foos.erase( Foo( 1 ) );

    std::cout << "f1.size: " << f1.foos.size() << std::endl;
    std::cout << "f2.size: " << f2.foos.size() << std::endl;

    // Find a Foo, still clean syntax.
    auto it = f1.foos.find( Foo( 2 ) );
    if( it != f1.foos.end() )
    {
        // Only when accessing Foo through the iterator we notice
        // the recursive_wrapper because we must call its get() method. 
        std::cout << "found a Foo with id: " << it->get().id << std::endl;
    }    
    return 0;
}

完整演示： http : //coliru.stacked-crooked.com/a/00d2a48106f2cc99