如何处理指针成员的不同所有权策略？

Question

考虑以下类结构：

class Filter
{
    virtual void filter() = 0;
    virtual ~Filter() { }
};

class FilterChain : public Filter
{
    FilterChain(collection<Filter*> filters)
    {
         // copies "filters" to some internal list
         // (the pointers are copied, not the filters themselves)
    }

    ~FilterChain()
    {
         // What do I do here?
    }

    void filter()
    {
         // execute filters in sequence
    }
};

我在库中公开该类，因此我无法控制它的使用方式。

我目前遇到一些关于 Filter 对象 FilterChain 持有指针的所有权的设计问题。更具体地说，这里是 FilterChain 的两种可能的使用场景：

• 场景 A：我的库中的一些函数正在构造一个（可能很复杂）过滤器链，根据需要分配内存，并返回新分配的内存FilterChain 对象。例如，这些函数之一从文件构造过滤器链，该过滤器链可以描述任意复杂的过滤器（包括过滤器链的过滤器链等）。任务完成后，函数的用户负责销毁对象。
• 场景B：用户可以访问一堆Filter对象，并希望以特定的方式将它们组合在过滤器链中。用户构造 FilterChain 对象供自己使用，然后在使用完毕后销毁它们。当引用 FilterChain 的 FilterChain 被销毁时，Filter 对象不得被销毁。

现在，管理 FilterChain 对象所有权的两种最简单方法是：

• FilterChain 拥有 Filter 对象。这意味着 FilterChain 引用的对象将在 FilterChain 的析构函数中销毁。这与场景 B 不兼容。
• FilterChain 不拥有 Filter 对象。这意味着 FilterChain 的析构函数不执行任何操作。现在场景 A 存在一个问题，因为用户必须知道所涉及的所有 Filter 对象的内部结构，以便将它们全部销毁而不会丢失一个，作为父 FilterChain< /code> 本身并不执行此操作。这只是糟糕的设计，并且会导致内存泄漏。

因此，我需要一些更复杂的东西。我的第一个猜测是设计一个带有可设置布尔标志的智能指针，指示智能指针是否拥有该对象。然后，FilterChain 将采用指向 Filter 对象的智能指针集合，而不是采用指向 Filter 对象的指针集合。当FilterChain的析构函数被调用时，它会销毁智能指针。当且仅当设置了指示所有权的布尔标志时，智能指针本身的析构函数才会销毁所指向的对象（Filter 对象）。

我感觉这个问题在 C++ 中很常见，但我在网上搜索流行的解决方案或巧妙的设计模式并不是很成功。事实上，auto_ptr 在这里并没有真正的帮助，而 shared_ptr 似乎有点矫枉过正。那么，我的解决方案是个好主意吗？

Answer 1

这里的智能指针并不过分：显然你有一个设计问题，需要以某种方式仔细考虑对象的生命周期和所有权。如果您希望能够在运行时重新修补过滤器图中的过滤器，或者能够创建复合 FilterChain 对象，则尤其如此。

使用 shared_ptr 将一次性解决大部分问题，并使您的设计变得更加简单。我认为这里唯一潜在的问题是你的过滤器碰巧包含循环。我认为如果你有某种反馈循环，这种情况就可能发生。在这种情况下，我建议将所有 Filter 对象归一个类所有，然后 FilterChain 将存储指向 Filter 对象的弱指针。

我敢打赌，过滤器阶段的执行时间将远远超过取消引用智能指针的额外开销。 shared_ptr 被设计得非常轻量。

Answer 2

过滤器是否太大以至于您在创建 FilterChain 时无法简单地对每个过滤器进行深层复制？如果您能够做到这一点，那么所有问题都会消失：FilterChain 总是会自行清理。

如果由于内存问题这不是一个选项，那么使用 shared_ptr 似乎是最有意义的。调用者必须负责为其关心的每个对象保留一个 shared_ptr，然后 FilterChain 将知道是否删除特定的过滤器。删除d.

编辑：正如尼尔指出的 Filter 需要一个虚拟析构函数。

Answer 3

FilterChain 应该有一个单独的DeleteAll() 方法，该方法对集合进行迭代并删除过滤器。它在场景 A 中被调用，而在场景 B 中不被调用。这确实需要 FilterChain 用户的一些智慧，但只需要记住删除并反对他们新建。 （他们应该能够处理这个问题，否则他们就应该发生内存泄漏）

Answer 4

我会选择不拥有 Filter 对象的 FilterChain。然后，在您的库中，当您需要从文件加载 FilterChain 时，您将有另一个负责 Filter 对象的生命周期的 Loader 对象。因此，FilterChain 对于库加载的链和用户创建的链将一致地工作。