【问题标题】:Dynamically allocating an array of objects动态分配对象数组
【发布时间】:2010-09-20 07:33:49
【问题描述】:

我有一个包含动态分配数组的类,比如说

class A
{
    int* myArray;
    A()
    {
        myArray = 0;
    }
    A(int size)
    {
        myArray = new int[size];
    }
    ~A()
    {
        // Note that as per MikeB's helpful style critique, no need to check against 0.
        delete [] myArray;
    }
}

但现在我想为这些类创建一个动态分配的数组。这是我当前的代码:

A* arrayOfAs = new A[5];
for (int i = 0; i < 5; ++i)
{
    arrayOfAs[i] = A(3);
}

但是这很糟糕。因为当for 循环迭代完成时,创建的新A 对象(使用A(3) 调用)被破坏,这意味着该A 实例的内部myArray 得到delete []-ed。

所以我认为我的语法一定是非常错误的?我想有一些修复看起来有点矫枉过正,我希望避免:

  • 为A 创建一个复制构造函数。
  • 使用vector&lt;int&gt; 和vector&lt;A&gt; 这样我就不用担心这一切了。
  • 不要让arrayOfAs 成为A 对象的数组,而是让它成为A* 指针的数组。

我认为这只是一些初学者的事情,其中​​有一种语法在尝试动态分配具有内部动态分配的事物数组时实际上有效。

(另外,风格批评很受欢迎,因为我已经有一段时间没有使用 C++了。)

未来观众的更新:以下所有答案都非常有帮助。 Martin 的被接受是因为示例代码和有用的“4 规则”,但我真的建议阅读它们。有些是对问题的简洁陈述,有些则正确指出vectors 如何以及为什么是一个好方法。

【问题讨论】:

    标签: c++ memory-management pointers destructor copy-constructor


    【解决方案1】:

    对于构建容器,您显然希望使用标准容器之一(例如 std::vector)。但这是一个完美的例子,说明当您的对象包含 RAW 指针时需要考虑的事项。

    如果你的对象有一个 RAW 指针,那么你需要记住规则 3(现在是 C++11 中的 5 规则)。

    • 构造函数
    • 析构函数
    • 复制构造函数
    • 赋值运算符
    • 移动构造函数 (C++11)
    • 移动赋值 (C++11)

    这是因为如果未定义,编译器将生成自己的这些方法版本(见下文)。编译器生成的版本在处理 RAW 指针时并不总是有用。

    复制构造函数是很难正确的(如果你想提供强大的异常保证,这很重要)。赋值运算符可以根据复制构造函数定义,因为您可以在内部使用复制和交换习语。

    有关包含指向整数数组的指针的类的绝对最小值的完整详细信息,请参见下文。

    知道正确处理它并非易事,您应该考虑使用 std::vector 而不是指向整数数组的指针。该向量易于使用(和扩展)并涵盖与异常相关的所有问题。将下面的类与下面 A 的定义进行比较。

    class A
    { 
        std::vector<int>   mArray;
        public:
            A(){}
            A(size_t s) :mArray(s)  {}
    };
    

    看看你的问题:

    A* arrayOfAs = new A[5];
    for (int i = 0; i < 5; ++i)
    {
        // As you surmised the problem is on this line.
        arrayOfAs[i] = A(3);
    
        // What is happening:
        // 1) A(3) Build your A object (fine)
        // 2) A::operator=(A const&) is called to assign the value
        //    onto the result of the array access. Because you did
        //    not define this operator the compiler generated one is
        //    used.
    }
    

    编译器生成的赋值运算符几乎适用于所有情况,但是当 RAW 指针起作用时,您需要注意。在您的情况下,由于 浅拷贝 问题,它会导致问题。您最终得到了两个包含指向同一块内存的指针的对象。当 A(3) 在循环结束时超出范围时,它会在其指针上调用 delete []。因此,另一个对象(在数组中)现在包含一个指向已返回给系统的内存的指针。

    编译器生成的拷贝构造函数;使用该成员复制构造函数复制每个成员变量。对于指针,这只是意味着指针值从源对象复制到目标对象(因此是浅拷贝)。

    编译器生成的赋值运算符;使用该成员赋值运算符复制每个成员变量。对于指针,这只是意味着指针值从源对象复制到目标对象(因此是浅拷贝)。

    因此,包含指针的类的最小值:

    class A
    {
        size_t     mSize;
        int*       mArray;
        public:
             // Simple constructor/destructor are obvious.
             A(size_t s = 0) {mSize=s;mArray = new int[mSize];}
            ~A()             {delete [] mArray;}
    
             // Copy constructor needs more work
             A(A const& copy)
             {
                 mSize  = copy.mSize;
                 mArray = new int[copy.mSize];
    
                 // Don't need to worry about copying integers.
                 // But if the object has a copy constructor then
                 // it would also need to worry about throws from the copy constructor.
                 std::copy(&copy.mArray[0],&copy.mArray[c.mSize],mArray);
    
             }
    
             // Define assignment operator in terms of the copy constructor
             // Modified: There is a slight twist to the copy swap idiom, that you can
             //           Remove the manual copy made by passing the rhs by value thus
             //           providing an implicit copy generated by the compiler.
             A& operator=(A rhs) // Pass by value (thus generating a copy)
             {
                 rhs.swap(*this); // Now swap data with the copy.
                                  // The rhs parameter will delete the array when it
                                  // goes out of scope at the end of the function
                 return *this;
             }
             void swap(A& s) noexcept
             {
                 using std::swap;
                 swap(this.mArray,s.mArray);
                 swap(this.mSize ,s.mSize);
             }
    
             // C++11
             A(A&& src) noexcept
                 : mSize(0)
                 , mArray(NULL)
             {
                 src.swap(*this);
             }
             A& operator=(A&& src) noexcept
             {
                 src.swap(*this);     // You are moving the state of the src object
                                      // into this one. The state of the src object
                                      // after the move must be valid but indeterminate.
                                      //
                                      // The easiest way to do this is to swap the states
                                      // of the two objects.
                                      //
                                      // Note: Doing any operation on src after a move 
                                      // is risky (apart from destroy) until you put it 
                                      // into a specific state. Your object should have
                                      // appropriate methods for this.
                                      // 
                                      // Example: Assignment (operator = should work).
                                      //          std::vector() has clear() which sets
                                      //          a specific state without needing to
                                      //          know the current state.
                 return *this;
             }   
     }
    

    【讨论】:

    • 你有一些关于你所指的异常问题的文章吗?
    • 为什么要大写“raw”?当然,它不是任何东西的缩写,而只是表示“原始”,如未经修改的、简单的,而不是智能指针或其他类型的包装器。
    • @jalf 他们被称为“恐吓引号”:)
    • 为什么移动赋值运算符不返回任何东西?
    • @Daniele:因为这是一个错误。修复。
    【解决方案2】:

    我建议使用 std::vector: 之类的东西

    typedef std::vector<int> A;
    typedef std::vector<A> AS;
    

    STL 稍微矫枉过正并没有错,您将能够花更多时间实现应用的特定功能,而不是重新发明自行车。

    【讨论】:

      【解决方案3】:

      A 对象的构造函数动态分配另一个对象,并将指向该动态分配对象的指针存储在原始指针中。

      对于这种情况,您必须定义自己的复制构造函数、赋值运算符和析构函数。编译器生成的将无法正常工作。 (这是“三巨头法则”的推论:具有析构函数、赋值运算符、复制构造函数中的任何一个的类通常需要全部 3 个)。

      您已经定义了自己的析构函数(并且您提到了创建一个复制构造函数),但是您需要同时定义三巨头中的另外两个。

      另一种方法是将指向您动态分配的int[] 的指针存储在将为您处理这些事情的其他对象中。类似于vector&lt;int&gt;(如您所提到的)或boost::shared_array&lt;&gt;。

      归结为 - 为了充分利用 RAII,您应该尽可能避免处理原始指针。

      而且由于您要求其他风格批评,一个次要的问题是,当您删除原始指针时,您不需要在调用 delete 之前检查 0 - delete 处理这种情况时什么都不做,所以你不要'不必用检查来弄乱你的代码。

      【讨论】:

      • 这么多非常好的答案;我真的很想接受他们中的大多数,包括你的,作为“最好的”。非常感谢。还有风格批评。
      • 它是4的规则。它也需要一个普通的构造函数。如果您不初始化指针,则它们具有随机值。
      • @Martin - 你是对的。我一直听说它是“3 规则”,因为构造函数被视为“给定”。但我认为将其明确包含在规则中是一种更好的方法。
      【解决方案4】:
      1. 仅当对象具有默认构造函数和复制构造函数时,才对对象使用数组或公共容器。

      2. 以其他方式存储指针(或智能指针,但在这种情况下可能会遇到一些问题)。

      PS:始终定义自己的默认构造函数和复制构造函数,否则将使用自动生成的构造函数

      【讨论】:

        【解决方案5】:

        您需要一个赋值运算符,以便:

        arrayOfAs[i] = A(3);
        

        按应有的方式工作。

        【讨论】:

        • 实际上这使用了赋值运算符而不是复制构造函数。左侧已经完全建成。
        • 很遗憾没有。因为原始 A(3) 和 arrayofAs[i] 都包含指向堆上相同区域的成员 myArray。第一个超出范围的将删除该对象。第二个超出范围也会删除它,这会导致问题。
        【解决方案6】:

        为什么没有 setSize 方法。

        A* arrayOfAs = new A[5];
        for (int i = 0; i < 5; ++i)
        {
            arrayOfAs[i].SetSize(3);
        }
        

        我喜欢“复制”,但在这种情况下,默认构造函数并没有真正做任何事情。 SetSize 可以将数据从原始 m_array 中复制出来(如果存在)。您必须在类中存储数组的大小才能做到这一点。
        或
        SetSize 可以删除原来的 m_array。

        void SetSize(unsigned int p_newSize)
        {
            //I don't care if it's null because delete is smart enough to deal with that.
            delete myArray;
            myArray = new int[p_newSize];
            ASSERT(myArray);
        }
        

        【讨论】:

          【解决方案7】:

          利用new算子的放置特性,可以就地创建对象,避免复制:

          放置(3) :void* operator new (std::size_t size, void* ptr) noexcept;

          只返回 ptr(不分配存储空间)。 但请注意,如果函数由 new 表达式调用,则会执行正确的初始化(对于类对象,这包括调用其默认构造函数)。

          我建议如下:

          A* arrayOfAs = new A[5]; //Allocate a block of memory for 5 objects
          for (int i = 0; i < 5; ++i)
          {
              //Do not allocate memory,
              //initialize an object in memory address provided by the pointer
              new (&arrayOfAs[i]) A(3);
          }
          

          【讨论】:

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