在 C++ 中将带有 unique_ptr 的对象推入 vector

Question

我有一个简单的 class 结构模拟离散模拟，带有一个状态向量，每个状态包含许多转换，作为智能指针向量保存。我使用智能指针来保存转换，因为在我的完整应用程序中我需要多态性。

#include <vector>
#include <memory>

class Transition {
    public:
        Transition() {}
};


class State {
    public:
        State(int num) : num(num), transitions() {}
        void add_transition(std::unique_ptr<Transition> trans) {
            transitions.push_back(std::move(trans));
        }

    private:
        int num;
        std::vector<std::unique_ptr<Transition>> transitions;
};


int main() {
    std::vector<State> states;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        State nstate = State(i);
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            nstate.add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));
        }
        // This line causes compiler errors
        states.push_back(nstate);
    }
}

将新状态对象添加到向量时出现编译器错误：

Error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = Transition; _Dp = std::default_delete<Transition>]’
 { ::new(static_cast<void*>(__p)) _T1(std::forward<_Args>(__args)...); }

我想这是由于 vector 制作了 State 对象的副本，而 State 对象也在尝试制作 unique_ptrs 的 vector 的副本，这是不允许的。我已经看到 emplace_back 不像 push_back 那样制作副本，但我仍然遇到同样的错误。

将 State 对象直接添加到向量中是可行的，但我更愿意避免这种解决方法，因为在我的实际代码中我对 State 对象做了更多的工作，而不是仅仅添加转换并且不想继续访问向量。

int main() {
    std::vector<State> states;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        states.push_back(State(i));
        for (int j = 0; j < 2; j++) {
            states[i].add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));
        }
    }
}

Answer 1

State不可复制，只能移动；但是对于 states.push_back(nstate);，nstate 是一个左值（作为命名变量），不能从中移动。然后尝试执行副本，但不允许。

要解决它，您可以使用 std::move（将其转换为右值）：

states.push_back(std::move(nstate));

LIVE

请注意，移动操作后，nstate的数据成员（包括向量及其内容）也会被移动。

Answer 2

您需要为您的 State 实现移动构造函数并调用 std::move 来移动对象

class State {
public:
    // default if you just want it to move the members one by one
    State(State&& s) = default;
};

states.push_back(std::move(nstate));

Answer 3

您需要做出所有权决定。

new 分配对象的所有者（或多个所有者）负责确保在其生命周期结束时将其“删除”。

如果 vector<> 拥有该对象，则 std::move() 将 std::unique_ptr<> 放入 vector 并继续通过 'raw' 指针访问该对象，但将如果 vector 被破坏或者 std::unique_ptr 是 erased/reset.

则无效

如果 vector<> 不拥有该对象而不是声明它 vector<State*> 并认识到它会在 std::unique_ptr 被破坏时失效（除非你干预）。

如果关系复杂，请考虑 std::shared_ptr<>，这将允许多个对象共享所有权，但要确保不会发生循环引用。

除此之外，您还会遇到更复杂的所有权模型和可能 'garbage collection'。

粗略的检查表明 'State' 可能拥有它的 Transition，因为总的来说，它们在状态存在时有意义，而在状态不存在时就不再有意义。所以继续 vector<std::unique_ptr<> > 并访问 State and/or Transition 作为指针。

如果这在您的情况下不起作用，您可能需要一个 'FiniteState' 上下文对象，它拥有所有状态和所有转换，并注意从和中删除所有状态和所有关联的转换当一个国家被摧毁时。

Answer 4

// This line causes compiler errors
states.push_back(nstate);

nstate 对象是 State class 的实例。 State class 包含两个数据成员：int（可复制）和 unique_ptr 的 vector，即 可移动但不可复制（因为unique_ptr 可移动但不可复制）。因此，整个 State class 是可移动的，但不可复制。因此，您必须 std::move 将 nstate 对象放入 states 向量中：

states.push_back(std::move(nstate));

如果你想要 copy 语义，你应该使用 shared_ptrs 的向量（即 reference counted 智能指针, 并且可复制和可移动）。

我也会对您的 State class 代码做一些修改：

class State {
    public:
        State(int num) : num(num), transitions() {}

在这里，你应该标记构造函数explicit，以避免从int隐式转换。而且，std::vector数据成员是自动初始化的，这里不需要使用transitions()。

此外，考虑到这行代码：

states[i].add_transition(std::move(std::unique_ptr<Transition>(new Transition())));

您应该使用 std::make_unique（在 C++14 中引入），而不是使用显式调用 new.[=37 返回的原始指针构造 std::unique_ptr =]

Answer 5

您应该避免使用 push_back，而是使用 emplace_back 来创建项目。

constexpr ::std::int32_t const states_count{10};
constexpr ::std::int32_t const transitions_per_state_count{2};
::std::vector< State > states;
states.reserve(states_count);
for(::std::int32_t state_index{}; states_count != state_index; ++state_index)
{
    states.emplace_back(state_index); // new state is added without copying or moving anything
    auto & nstate{states.back()};
    for(::std::int32_t transition_index{}; transitions_per_state_count != transition_index; ++transition_index)
    {
        nstate.add_transition(::std::unique_ptr< Transition >{new Transition{}});
    }
}

Answer 6

您正在将 std::unique_ptr<Transition> 传递给按值函数，这应该会在 void add_transition(std::unique_ptr<Transition> trans) 中创建一个本地副本。

如果您将通过引用传递值 std::unique_ptr<Transition>& trans，则在 add_transition 函数之外不需要任何 std::move。

您可能还想使用 std::make_unique<Transition>() 而不是 std::uniqye_ptr<Transition>(new Transition())。

new关键字的封装让你的代码更清晰，减少内存泄漏的可能性。

在 C++ 中将带有 unique_ptr 的对象推入 vector

Pushing an object with unique_ptr into vector in C++

c++

smart-pointers

vector

move-semantics

c++11