不使用指针的递归数据结构答案

【问题标题】：Recursive data-structures without the use of pointers不使用指针的递归数据结构
【发布时间】：2016-04-29 11:20:49
【问题描述】：

在我攻读计算机科学学士学位期间，我多次遇到递归数据结构的使用。在 C++ 中，我总是最终使用指针来使我的数据结构递归，就像我在 C 中所做的那样。

一个简化的例子如下：

struct Tree{
    int data;
    struct Tree *left, *right;
};

但是，使用指针往往是一项有风险的工作，并且需要花费大量时间调试和测试代码。对于这些问题，我想知道是否有任何其他有效的方法可以在 C++ 中定义递归数据结构。

在其他编程语言中，比如 Rust，我见过这样的事情：

struct Node {
    children: Vec<Node>,
    node_type: NodeType,
}

在 C++ 中定义这种递归结构是否有更安全和舒适的方法。一种可能是使用 std::Vector，但我不知道该方法的性能。

【问题讨论】：

@Robinson 这将立即结束应用程序 - 由于无限 Tree 对象创建:)
在某些情况下，它实际上是使用指针的一个优势，例如在树状结构中。你怎么知道一棵树没有孩子？没有可用于结构的“空”值。
至于为什么在 Rust 中允许，那是因为 Rust 不是 C++。两种不同的语言，无论它们的语法多么相似，都无法真正进行比较。至于 为什么 它在 Rust 中起作用可能是因为它使用 references （有点像指针）而不是实际的结构。
Rust 在这方面与 C++ 完全没有区别：你不能写 struct Tree { data: i32, left: Tree, right: Tree }。 Rust 的 Vec 内部包含方向，实际上它与 C++ 的 std::vector 基本相同。（Rust 的结构和枚举是值，就像在 C++ 中一样，而不是指针/引用。）
@zakum，如果你对在 Rust 中使用 Box/Arc/Vec 感到满意，那么 C++ 中的等价物 (unique_ptr/shared_ptr/vector) 应该成为你正在寻找的东西。（我意识到我在之前的评论中打错了：“direction”应该是“indirection”。）

【解决方案1】：

Rust 示例使用子向量 - 这也可以是空的。

在 C++ 中，成员变量可以是对象、指针或引用（为简单起见，省略）。

由于不能直接使用节点对象（这将无限循环）并且您不希望使用指针，您的选择是：

【讨论】：

如果使用引用，代码会怎样？ @Joachim Pileborg 说 Rust 就是这样做的。但是，使用unique_ptrs 的选项对我来说似乎也是最合理的。
@zakum 它需要一系列丑陋的黑客攻击（例如 Tree 的全局向量，Tree 的三个 ctors：空的，有一个孩子或两个孩子（因为你不能更改指向的引用）初始化后的变量），这只是创建......删除呢！）。我强烈建议使用 unique_ptrs。请注意，在 C++ 中，如果原始指针从不离开对象，那么使用它可能是安全的（只需编写适当的析构函数，并避免在 Tree 构造函数中分配）。
感谢您的关注和时间。我接受你的回答是最好的。下次我一定会尝试使用uniqe_ptr。

【解决方案2】：

使用指针而不是值的原因是因为您永远无法定义您的struct，因为它的大小将是无限递归的。

struct Tree{
    int data;
    struct Tree left, right;
};

忽略填充等，您可以将Tree 的大小近似为

sizeof(Tree) == sizeof(int) + sizeof(Tree) + sizeof(Tree)
//                     ^data         ^left          ^right

但是你可以看到，因为Tree 有两个Tree 成员，而这些成员本身有两个Tree 成员，而那些有两个Tree 成员......你可以看到这是怎么回事.

【讨论】：

我知道这一点。然而，使用 C++ 风格的做事会让一些事情变得更容易，比如“垃圾收集”。这就是为什么我试图找到一种在 C++ 中定义递归数据结构的方法。如果我不够清楚，想想 std::Vector 是如何自己处理内存的。