std::vector 的声明与前向声明的类一起使用吗？

Question

我有一个像下面这样的头文件-

// abc.hpp
#include <vector>
#include <string>

namespace A 
{
    namespace B 
    {   
        struct abc 
        {   
            std::string _type;
        };  

        using abc_vector = std::vector<abc>;
    }   

}

我在另一个头文件中使用前向声明。

// con.hpp
#include <vector>

namespace A 
{
    namespace B 
    {   
        struct abc; // Forward Declaration
        using abc_vector = std::vector<abc>;
    }   

    namespace C
    {   
        class N
        {   
            public:
                B::abc_vector foo(std::string type);
        };  
    }   
}

真正让我感到困惑的是我的代码可以编译和工作。

如何允许向量声明为不完整类型？ 我认为它不应该能够决定 abc 的大小。

using abc_vector = std::vector<abc>;

下面是我用来测试头文件的代码。 很奇怪，它可以编译并且运行良好。

#include "con.hpp"
#include "abc.hpp"

#include <iostream>

namespace A
{
    namespace C
    {   
        B::abc_vector N::foo(std::string type)
        {   
            B::abc a;
            a._type = type;

            B::abc_vector d;
            d.push_back(a);
            return d;
        }   
    }   
}

int main()
{
    A::C::N n;
    auto container = n.foo("test");

    for (const auto& i : container)
          std::cout << i._type << ' ';

    return 0;
}

Answer 1

代码行

using abc_vector = std::vector<abc>;

仅为std::vector<abc> 引入类型别名。这无论如何都不需要abc 的大小，因为根本没有分配abc 类型的对象。只声明了一个新类型。

B::abc_vector d;

确实需要abc的定义。尽管如此，它仍然有效，因为此时已经定义了 abc，因为已经包含了头文件 abc.hpp。

---

你指的是this answer，在哪里

std::vector<B> v;

“完成”。这和你做的不一样。您刚刚介绍了一个类型别名。 std::vector<B> v; 实际上定义一个变量。因此B的定义是强制性的。

---

注意

using abc_vector = std::vector<abc>;

等价于

typedef std::vector<abc> abc_vector;

也许这让我们更清楚为什么在编译的这个时间点不需要知道abc 的大小。

Answer 2

这是一个有趣的话题（至少对我而言）并且适用于其他标准容器。

最初，标准将实例化不完整类型的容器设为未定义行为。然而，实现并没有禁止它。这很可能不是故意的，而只是其中的元素（例如向量）存储在指针引用的内存位置这一事实的副作用。

因此，在实际需要元素之前不需要知道元素的大小 - 在向量的成员函数的实例化期间。

如果您想进一步探索，这里是研究的起点：

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n4056.html

Answer 3

有一个有趣的观察。 GCC5.2 和 CLANG3.6 都编译以下代码。

struct A;

std::vector<A> my_func(); //Definition of my_func is in some CPP file

但是抛出错误

struct A;

std::vector<A> v;

原因是向量的大小不会因它所持有的不同类型而改变。见以下代码sn-p。

struct B{int i; int j;};
struct C{int a,b,c;};

std::vector<B> pp;
std::vector<C> qq;

int main()
{
  std::cout<<sizeof(pp)<<'\n';
  std::cout<<sizeof(qq)<<'\n';
}

输出

24

24

但对于std::vector<A> v，它还必须提供Allocator<A>()。分配器需要struct A 的成员，如构造函数、复制构造函数、析构函数等。 这里还需要注意的一件重要事情是pointer arithmetic for incomplete type is not allowed.

如果您看到 CLANG 抛出的错误，它显然是一样的。

In file included from /tmp/gcc-explorer-compiler115920-68-1xsb8x7/example.cpp:2:
In file included from /usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.9/../../../../include/c++/4.9/vector:64:
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.9/../../../../include/c++/4.9/bits/stl_vector.h:161:9: error: arithmetic on a pointer to an incomplete type 'A'
- this->_M_impl._M_start); }
^
/usr/bin/../lib/gcc/x86_64-linux-gnu/4.9/../../../../include/c++/4.9/bits/stl_vector.h:253:7: note: in instantiation of member function 'std::_Vector_base<A, std::allocator<A> >::~_Vector_base' requested here
vector()
^

其他一切都很简单。

以下是 typedef ，因此编译器确实需要知道大小。

using abc_vector = std::vector<abc>;

所以，讨论的代码结构很好。