存储指向 std::set 对象的引用/指针答案

【问题标题】：storing a reference/pointer to a std::set object存储指向 std::set 对象的引用/指针
【发布时间】：2012-11-21 06:47:34
【问题描述】：

我正在制作一个关于弹珠的游戏，它使用一个结构来描述弹珠的属性：

struct Marble
{
Color color;
int weight;
//Other customizable marble properties
};

我目前正在使用std::vector 来跟踪哪些弹珠在游戏板上的哪个位置：

std::vector<Marble> m_marbles;

在任何时候，我都可以通过索引向量来检查给定位置的弹珠的属性。检查位置 20 的弹珠颜色：

m_marbles[20].color;

用户可以创建自定义弹珠并将它们添加到游戏板上。如果我想在游戏板上添加一个新的弹珠，我会创建一个新的结构对象并将其推送到向量上：

Marble m;

//Fill struct with marble information

m_marbles.push_back(m)

问题是游戏板非常大（成千上万的弹珠），而且许多弹珠完全相同。

假设游戏板上有 4000 个位置。也许其中 3000 个是重量为 1.0 的红色弹珠。在当前的解决方案中，3000 个等效的 Marble 对象占用了我的向量中的空间。

由于用户可以定义自己的弹珠类型，我不能只硬编码所有可能的弹珠类型，然后让向量存储指向适当弹珠对象的指针。

我正在考虑使用std::set 来存储不同的大理石类型。然后，当用户去创建他的自定义弹珠时，他可以尝试将其插入到集合中。如果同类型的弹珠已经存在，就不会浪费内存了。

我的问题是，如何将引用存储到 std::set 中？例如，假设我的集合由以下大理石类型组成：

{RedMarble, BlueMarble, StrangeMarble, ConfusedMarble}

现在我想将一个红色弹珠分配到游戏板上的 20 位：

m_marbles[20] = ?

我还想检查31位大理石的颜色：

m_marble[31].color;

是否可以以这种方式使用集合？ find 和 insert 函数返回迭代器，但如果我在集合中插入更多项，这些迭代器不会失效吗？

【问题讨论】：

在我看来你不想要一套。你可能想要一个向量，甚至只是一个数组。
您更关心内存占用还是性能？选择其中之一将确定最适合您的解决方案。
@Dave - Marble* 的向量？如果没有集合，我如何确定每种不同类型的大理石中只有一种存在（并且正在占用内存）？
@Chad - 性能是个问题，因为游戏板是可扩展的。想象一下，当其中 150,000 个包含相同数据时，拥有 300,000 个 Marble 对象。使用 Marble* 的向量的问题是，如果 Marble 的类型已经存在，我需要一种方法来获取指向它的指针。如果它不存在，我可以new 一个新的 Marble 对象并将其添加到唯一 Marble 类型列表中。
Quadtrees（和其他空间索引）是相切的，但如果您实际上有 300K 大理石场景并且想要测试碰撞等，您可能会感兴趣......漂亮的网络演示：lab.polygonal.de/?p=202

标签： c++

【解决方案1】：

是的，你可以做你想做的事。您可以将指针存储在向量中，这些指针指向集合中的弹珠。或者你可以将迭代器存储在你的向量中，迭代器再次指向你集合中的 Marbles。

这是我将如何使用指针：

// A useful helper funtction -- not required, but useful.
const Marble* Helper(const Marble& m) {
  static std::set<Marble> uniqueMarbles;
  return &*(uniqueMarbles.insert(m).first);
}

// A vector of pointers to marbles
std::vector<const Marble*> m_marbles;

// You can pass temporaries to the helper function, and it returns a permanent pointer
m_marbles.push_back(Helper(Marble(RED, 1.0));

Marble m;
m.setColor(BLUE);
m_marbles.push_back(Helper(m));


// You can reference your marbles
Color c = m_marbles[i]->getColor();

// Hopefully the following will produce a compiler error message
m_marbles[i]->setColor(GREEN); // Oops, m_marbles holds const pointers

【讨论】：

std::set 中元素的地址是否保证保持不变？我想也许随着集合的增长，它可能不得不重新分配类似于向量的内存。
问是因为我想知道是否可以将 &(*first) 的地址存储在我的向量中，而不必每次都查找元素。
std::set 的元素地址保证保持不变，直到您删除该项目或销毁该集合。

【解决方案2】：

您应该使向量包含指向 Marble 结构的指针：

std::vector<Marble*> m_marbles;

指针不会占用太多空间，您仍然可以使用Marble 作为基类。

【讨论】：

Marble* 的向量是理想的，但问题是复制相同类型的大理石。当用户去创建一个新的弹珠时，我不能只通过new 创建一个新弹珠并存储一个指向它的指针。我需要检查大理石的类型是否不存在。如果该类型的大理石不存在，我可以创建一个新的 Marble 对象并存储一个指向该对象的指针。如果它已经存在，我只想存储一个指向现有 Marble 对象的指针。我认为std::set 是理想的，因为它不允许重复对象。

【解决方案3】：

如果游戏板真的只有几千块大，我不会在意浪费空间。例如

10000 places * sizeof(Marble) = 10000 * 100 bytes ~ 1 MB

按照今天的标准，内存并不大。

如果它可能变得非常大，那么您确实可以将您独特的 Marbles 存储在一个集合中并使用指针引用它们，正如 @BenRuijl 已经展示的那样。

【讨论】：

嗯，游戏板是可扩展的，因此它可以变得非常大。随着越来越多的弹珠添加到游戏板上，它会无缘无故地占用越来越多的内存，因为结构包含相同的数据。

【解决方案4】：

构建一个类Marble，其中包含一个指向MarbleType 的指针，该指针定义了每个弹珠的属性（对于每种弹珠，您都有一个MarbleType 的实例）。该向量可能包含Marbles 或指向Marbles 的共享指针或唯一指针。如果Marble 类很小（享元模式），您不会浪费空间，但仍然有一个干净灵活的解决方案。可以命名弹珠类型（例如通过字符串）并存储在 std::map 中。

【讨论】：