Question

我制作了一个动态图结构，其中节点和弧都是类（我的意思是弧是内存中的实际实例，节点到节点的邻接表并不暗示它们）。每个节点都有一个指向其连接的弧的指针列表。每个弧都有2个指向其连接的2个节点的指针。

删除节点将对其每个弧调用删除。每个弧删除均从其连接的2个节点的弧列表中删除其指针。简化：

~node()
    {
    while(arcs_list.size())
        {
        delete arcs_list[arcs_list.size()-1];
        }
    }

~arc()
    {
    node_from.remove_arc(this);
    node_to.remove_arc(this);
    }

如果我想在这里开始使用智能指针，该如何进行？每个弧是否拥有2个节点，或者2个节点共享一个弧的所有权？我在考虑一个shared_ptr，但是共享指针只会在两个节点都删除时才删除弧。如果仅删除一个节点，则在我使用shared_ptr的情况下，仍然必须显式删除其所有弧。这完全克服了首先不使用原始指针的问题。

节点可以单独存在；每个弧都由两个节点拥有，并且只要这两个节点两者存在，就只能存在。

我应该使用其他类型的智能指针来处理此问题吗？还是原始指针只是普通的简单方法？

Answer 1

每个弧是否拥有2个节点，或者2个节点共享一个弧的所有权？

您自己回答了这个问题：

节点可以单独存在；每个弧都由两个节点所有，只有这两个节点都存在，它才能存在。

当对象A拥有对象B时，对象A可以在销毁B之后存在，但是销毁A意味着销毁B。在您的情况下，两个节点共享弧的所有权。

我应该使用其他类型的智能指针来处理此问题吗？还是原始指针只是普通的简单方法？

啊，是的。这是真正的问题。在这种情况下没有预制智能指针。但是，我不会在您的节点和/或弧类中使用原始指针。这意味着那些类将需要在其主要目的之上实施内存管理。（最好让每个班级做好一件事，然后尝试做很多事情而失败。）我看到了一些可行的选择。

1：编写自己的智能指针

编写一个可以封装必要的销毁逻辑的类。节点和/或弧类将使用您的新类，而不是标准智能指针（和原始指针）。花一些时间来确保您的设计决策是可靠的。我猜想您的新类将需要某种函数/可调用对象，以告诉它如何从其所在的列表中删除自身。或者也许将某些数据（如指向节点的指针）从arc类转移到新类课。

我还没有弄清楚细节，但这是一种合理的方法，因为这种情况不适合任何标准的智能指针。关键是不要将此逻辑直接放在节点和弧类中。

2：标记无效弧

如果程序不能立即释放内存，则可以采用其他方法来解决弧删除。无需立即从其节点列表中删除弧，只需将弧标记为不再有效即可。当节点需要访问其弧时，它（或更好的是，其列表）将检查其访问的每个弧–如果弧无效，则可以在那时将其从列表中删除。将节点从两个列表中删除后，常规的shared_ptr功能将开始删除弧对象。

这种方法的有用性在于，节点在其弧上进行迭代的频率降低。因此，需要做出判断。

如何将弧标记为无效？天真的方法是给它一个布尔标志。在构造函数中将标志设置为false，在应将圆弧视为删除时将标志设置为true。有效，但确实需要一个新领域。可以做到而不会膨胀弧度类吗？好吧，大概每个弧都需要指向其节点的指针。由于弧不拥有其节点，因此它们可能是弱指针。因此，定义弧无效的一种方法是检查任一弱指针是否为expired()。（请注意，当直接删除弧时（而不是通过节点的删除）可以手动reset()弱指针。因此，过期的弱指针不必意味着关联的节点消失了，只不过弧不再指向它。

在arc类相当大的情况下，您可能希望立即丢弃其大部分内存，仅留下一个存根。您可以添加一个间接级别来完成此操作。本质上，节点将共享一个指向唯一指针的指针，并且唯一指针将指向您当前称为的弧类。弧删除后，唯一指针为reset()，从而释放了弧的大部分内存。当此唯一指针为null时，弧无效。 （如果您可以接受一个自己存储shared_ptr的对象，那么看来Davis Herring的答案是另一种以较少的内存开销获得这种效果的方法。）

3：使用Boost.Bimap

如果您可以使用Boost，则它们有一个容器可以解决您的问题：Boost.Bimap。但是，你问，我不是已经使用邻接表打折了吗？是的，但是此Bimap不仅仅是将节点彼此关联的一种方式。该容器支持使additional information与每个关系相关联。也就是说，Bimap中的每个关系将代表一个弧，并且将具有与该弧的信息相关联的对象。似乎很适合您的情况，并且您可以让其他人担心内存管理（如果您可以相信某人的能力，那就总是一件好事。）

Answer 2

由于节点可以单独存在，因此它们由图（可能是或可能不是单个对象）拥有，而不是弧（甚至是共享所有权）拥有。正如您所观察到的那样，弧的节点所有权与任一所有者通常的shared_ptr情况足以使对象保持活动状态是双重的。尽管如此，您仍可以在此处使用shared_ptr和weak_ptr（以及指向节点的原始非所有者指针）：

struct Arc;
struct Node {
  std::vector<std::weak_ptr<Arc>> arcs;
  ~Node() {
    for(const auto &w : arcs)
      if(const auto a=w.lock()) a->free();
  }
};
struct Arc {
  Node *a,*b;
private:
  std::shared_ptr<Arc> skyhook{this};
public:
  void free() {skyhook.reset();}
};

显然其他Node操作必须检查空的弱指针，并可能定期清除它们。

进入智能指针，如何处理代表所有权？

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