带智能指针的 N 叉树设计答案

【问题标题】：N-Ary Tree Design with Smart Pointers带智能指针的 N 叉树设计
【发布时间】：2012-08-21 12:39:15
【问题描述】：

我正在尝试用 C++ 设计一个树类，但在节点破坏方面遇到了一些麻烦。

如果我销毁一个节点，我不想销毁它的整个子树，因为可能有其他东西指向它。所以显而易见的解决方案是使用引用计数。我有一个指向父节点的弱指针，以及一个指向子节点的共享指针向量。这样，如果一个节点被销毁，它的子节点只有在没有指向它们的情况下才会被销毁。

但我在这里遇到了另一个问题：向节点添加子节点。 weak_ptr 仅在已经存在指向对象的 shared_ptr 时才有效。如果我将一个子节点添加到一个节点，我不知道在哪里可以找到指向它的 shared_ptr。那我在这里做什么呢？

【问题讨论】：

每个孩子都有父母吗？
每个孩子都有一个父成员，但根没有父成员。
我的意思是逻辑上，而不是代码上。每个孩子都有会员吗？如果是这样，那么在您的实现中，每个孩子都已经存在于其父母的孩子的向量中，因此您可以从中获取共享指针。（虽然我没有 100% 理解为什么你首先需要共享所有权......）
@KerrekSB：虽然这可能是真的，但在添加节点时需要在层次结构中向上走两级（如果父节点不是根节点，则必须特殊情况）然后遍历子元素列表，直到找到指向挂起新元素的节点的智能指针。
如果我的代码中已经有一个引人注目的用例，我真的只会实现它。我还没有看到销毁节点而不是其子树的情况会很有意义。无论如何，这对子树意味着什么？所有的孩子都会成为根吗？

标签： c++ tree smart-pointers

【解决方案1】：

您可能想查看enable_shared_from_this，它允许您直接从对象中获取shared_ptr。它仍然要求该对象由shared_ptr 管理，但您不需要找到持有它的人。

【讨论】：

好的，但是根目录呢？等等，我可以让 Tree 类持有一个指向根的共享指针。我们很好！
@Avi: 有两种选择：要么root由shared_ptr管理（在这种情况下你很好），或者不是，在这种情况下你无法获得weak_ptr它。我的建议是还通过shared_ptr 管理root。在大多数设计中，所有节点都是它们自己子树的根，从这个角度来看，根不应与任何其他节点有任何不同，因此如果所有节点都由shared_ptr 管理，那么根节点也应如此。
是的，我现在看到这可能是必要的：创建新子代时，您需要一个weak_ptr 指向父代，而不仅仅是一个原始指针，所以shared_from_this（或weak_from_this? ) 将是必要的。
@Avi：请注意，可能还有其他选择，例如，将 weak_ptr/shared_ptr 传递给父级到子级的构造函数。毕竟，在将其插入给定位置之前，您必须找到它......所以您已经拥有该信息。将父级传递给子级的构造函数可能是一个好方法。

【解决方案2】：

为了扩展 David Rodriguez 的想法，骨架树可能如下所示：

struct node : std::enable_shared_from_this<node>
{
    std::vector<std::shared_ptr<node>> children;
    std::weak_ptr<node> parent;

    void add_child()
    {
        auto n = std::make_shared_node>();
        n->parent = std::weak_ptr<node>(shared_from_this());
        children.emplace_back(n);
    }
}

auto root = std::make_shared<node>();

root.add_child();
root.add_child();
root.add_child();

root.children[0].add_child();

（当然，现实世界中的node 将有一个具有有效负载值的非平凡构造函数，而add_child 将采用类似的参数或作为模板......）

【讨论】：