使用智能指針制作多態容器的正確方法是什么？

Question

我想做一個維護多態容器的 C++ class 。 例如，獸醫可以持有一份目前正在接受治療的寵物的清單。 如果我們使用原始指針，我們可以如下定義一個 vet。

class Vet{
    std::vector<Pet*> pets;
public:
    void addPet(Pet* pet);  
};

我們可以如下添加寵物。

Vet vet;
vet.addPet(new Dog{});
vet.addPet(new Cat{});

在這種情況下，應該讓 Vet class 的析構函數負責刪除 pets 中維護的動態分配的pets 。 為了避免這種情況，我想使用智能指針。 但是，在我能夠正確和干凈地實現此類代碼之前，需要澄清一些問題。 在以下問題上需要幫助。 提前致謝。

1. 我應該使用std::unique_ptr還是std::shared_ptr ？ 或者在什么情況下我應該使用std::unique_ptr或std::shared_ptr ？ 還是我應該 go 回到使用原始指針？
2. 如果我選擇使用std::unique_ptr addPet方法及其實現的方法簽名是什么？

• 選擇 1-1)

void addPet(std::unique_ptr<Pet> pet){
    pets.push_back(std::move(pet));
}

• 選擇 1-2)

void addPet(std::unique_ptr<Pet>& pet){
    pets.push_back(std::move(pet));
}

僅當我按以下方式構建寵物時，此選擇才有效。

std::unique_ptr<Pet> dog = std::make_unique<Dog>();
vet.addPet(dog);

• 選擇 1-3)

void addPet(PetType pet){
    if(pet==PetType::Dog) pets.push_back(std::make_unique<Dog>());
    //
}

2. 如果我選擇使用std::shared_ptr ```addPet''' 方法的方法簽名及其實現是什么？

• 選擇 2-1)

void addPet(std::shared_ptr<Pet> pet){
    pets.push_back(std::move(pet));
}

• 選擇 2-2)

void addPet(const std::shared_ptr<Pet>& pet){
    pets.push_back(pet);
}

Answer 1

假設你真的想在外面創建寵物，最好的方法是unique_ptr並按值傳遞它，如下所示：

void addPet(std::unique_ptr<Pet> pet);

unique_ptr因為您告訴讀者只有一個所有者。

按價值計算，因為這需要您在調用addPet時使用臨時或顯式移動 unique_ptr 。 在外部非常明確地表明您正在移動/轉移所有權。

例如，您可以這樣做

auto pet = std::make_unique<Dog>();
vet.addPet(std::move(pet)); // move is required, making it explicit that ownership is transferred

或者

vet.addPet(std::make_unique<Dog>());

如果您在addPet中接受對unique_ptr的引用，則調用者將不知道在調用addPet后提供的參數是否仍然有效。

這是一篇關於這個主題的好文章。

Answer 2

使用unique_ptr 。 shared_ptr用於共享所有權，但您希望vet擁有它包含的寵物，即不共享所有權。

unique_ptr不需要出現在界面上。 添加貓狗的公共界面可以是這樣的：

class vet {
    public:
       void add_dog(const std::string& name);
       void add_cat(const std::string& name);
};

當您想要轉移所有權時，使用unique_ptr作為 function 參數。 沒有必要先讓調用者擁有寵物，然后讓他們將所有權轉移給vet ....除非那是你想要的，然后使用std::unique_ptr<Pet>作為參數（沒有參考，但按價值）。

Answer 3

如果沒有必要，不要實施已經可用的資源控制。 您不必讓用戶構建 object，這增加了您不必向用戶公開您在內部使用的數據結構的好處。

class Vet {
  private:
    // Make sure Pet::~Pet() is virtual!
    std::vector<std::unique_ptr<Pet>> pets;
  public:
    template <typename Species, typename... Args>
    void addPet(Args...&& args) {
      pets.emplace_back(std::make_unique<Species>(std::forward<Args>(args)...));
    }
};

// ...

vet.addPet<Cat>(3, "black"); // assuming Cat::Cat(unsigned age, std::string color)

但是請注意，從語義上講，獸醫並不擁有寵物，他們會照顧它一段時間，然后釋放寵物。 獸醫在完成治療后摧毀寵物將是一個糟糕的獸醫。

無論如何，如果您想獲得寵物，您可以輕松添加類似的成員 function：

Pet& getPet(std::size_t const i) {
  return *pets[i];
}
template <typename Species>
Species& get(std::size_t const i) {
  return static_cast<Species&>(getPet(i));
  // maybe consider dynamic_cast, here
}