在 C++ 中使用指针列表（继承还是性能？）答案

【问题标题】：Use of a list of pointers in C++, (inheritance or performance?)在 C++ 中使用指针列表（继承还是性能？）
【发布时间】：2013-11-05 20:32:36
【问题描述】：

我得到了一些代码来阅读，这些代码对网格进行了一些几何操作。

根据定义，网格数据结构应至少包含以下信息关于点的坐标、边缘连通性和人脸信息。

所以，给我的代码有定义顶点、边和面数据结构的类，分别命名为顶点、边和面。

但是网格类看起来像这样。

class basemesh
{
public:
  /* Methods to operate on the protected data below.*/

protected:
   /*! list of edges */
  std::list<Edge*>           m_edges;

  /*! list of vertices */
  std::list<Vertex*>         m_verts;

  /*! list of faces */
  std::list<Face*>       m_faces;

}

我的问题：为什么网格数据结构存储指针列表而不是相应对象本身的列表。

例如为什么不直接说std::list<Vertex>

我已经看到这个结构被用于其他几个 C++ 代码

这与类的继承有关吗？还是有事要做关于迭代列表的性能？

顾名思义，这个 basemesh 类是一个基类，衍生出其他专门的网格。

【问题讨论】：

简单的指针比副本快。他们指向，而不是复制。
难道边、顶点和面是要在实例之间共享的吗？

标签： c++ list pointers

【解决方案1】：

这里没有性能原因。它只是所有权共享的一个案例。作为经验法则记住这一点：C++ 中的指针用于共享/传递资源的所有权，或通过动态绑定提供多态行为。

人们谈论性能是因为你避免复制这些东西。等等等等等等。 如果你需要复制，你应该复制。它使用指针的唯一原因是作者在复制事物列表时不想复制事物，换句话说，他/她想在两个位置（列表)：正如我之前所说的，所有权共享。

另一方面，请注意该类名为basemesh。所以这里指针的真正意义可能是使用多态顶点、边等（动态绑定）。

注意：如果性能是这里的重点，我很确定作者会使用紧凑且对齐的 non-cache-miss-prone std::vector 而不是 std::list。在这种情况下，使用指针最可能的原因是多态性，而不是性能。与指针、取消引用和遍历链表相关的任何事情的性能总是低于紧凑数据，例如 std::vector<Vertex> 就是这样。 同样，如果指针的使用不是为了多态性，是为了所有权相关的事情，而不是性能。

其他说明：复制是的，您正在复制。但请注意复制的内容和方式。除了非常罕见的实现之外，顶点是成对的浮点数/整数。 复制 64 位浮点数与复制 32/64 位指针没有任何好处。
另请注意，除了您不那么幸运，您正在复制存储在同一缓存行或几乎在缓存中的内容。

现在关于优化的一个好规则是：尽量优化内存访问，而不是 CPU 循环。我推荐这个线程：What is "cache-friendly" code?，这是一个实际案例：Why are elementwise additions much faster in separate loops than in a combined loop?。最后，this thread 包含有关使用现代编译器进行优化的精彩说明。

【讨论】：

【解决方案2】：

我的猜测是，它要么是为一个非常不寻常的特定情况而设计的，但更有可能的是，它是由一个不知道堆分配或std::list 实际工作原理的程序员编写的，只是盲目地使用指针。

似乎非常不太可能std::list 指向单个顶点的指针是性能或设计方面的最佳选择。

【讨论】：

【解决方案3】：

在实践层面上，如果一个方法改变了一个点，它不需要在其他数据结构中重现改变。他们都会指向同一个东西。

但是在内存管理方面，使用智能指针是明智的，

【讨论】：

【解决方案4】：

我猜我会说这是为了让这些对象可以有指向彼此的指针（例如，一个 Edge 可以有指向两个顶点的指针，每个顶点都可以有一个指向 Edge 的指针）。

如果所有顶点都存在于 basemesh 中的 std::list 中，那么指向它们的指针将不可靠，尽管 list::iterators 可能工作得很好。

【讨论】：

【解决方案5】：

在检索内部数据时，通常使用指针效率较低，因为每次访问它时都必须取消引用该值。

但同时它在传递数据时会更有效率，因为你只是传递指针。我猜选择的解决方案与多个对象通过组合共享数据这一事实有关。例如：多个Edge 实例可以引用同一个Vertex。

现在std::list 保证包含的值的地址是一致的，直到元素本身被删除，所以实际上做类似的事情

Edge(const Vertex *v1, const Vertex *v2) { .. }

std::list<Vertex>::iterator it = std::advance(vertices.begin(), 3);
std::list<Vertex>::iterator it2 = std::advance(vertices.begin(), 5);
new Edge(&(*it), &(*it2));

因为地址不会失效所以没有必要使用指针来存储对象。实际上，通过使用此解决方案，您不需要关心单个对象的内存管理，因为您不需要 delete 它们或将它们包装到智能指针中。

【讨论】：

【解决方案6】：

出于性能原因并减少出错的机会，它使用指针。

想象一下不使用指针的替代方案。每次插入类 basemesh 都会导致创建对象的副本，并且每次访问对象时，如果您不小心，也会得到一个副本。

例如，想象一下这样的语句：

Edge e = m_edges[0];
e.doSomethingThatModifiesState();

在此示例中，没有指针，您将拥有对象的副本，您对其执行的任何操作都不会影响存储在 m_edges 中的实际边缘对象。

有了指针，你就没有这个问题了：

Edge* e = m_edges[0];
e->doSomethingThatModifiesState();

在这个例子中，没有复制对象，当你做某事时，你会得到预期的行为。

【讨论】：

【解决方案7】：

正如许多其他人所说，速度是最明显的原因。另一个原因是通过指向基类的指针来获得多态行为。

【讨论】：

谢谢。你能扩展多态行为点吗？