C++中使用指針對(duì)象的原因是什么

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問題描述

我在使用 C++ 進(jìn)行面向?qū)ο箝_發(fā)時(shí)，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)很讓我非常困惑的問題：C++ 中經(jīng)常出現(xiàn)使用對(duì)象指針，而不是直接使用對(duì)象本身的代碼，比如下面這個(gè)例子：

Object *myObject = new Object;

而不是使用：

Object myObject;

要不就是調(diào)用對(duì)象的方法（比如 testFunc()）時(shí)不使用這種方式：

myObject.testFunc();

而是得寫成這樣：

myObject->testFunc();

我不明白代碼為什么要寫成這種形式，我能想到的是指針方式是直接訪問內(nèi)存，這么寫代碼可以提高代碼效率以及執(zhí)行速度，是這樣的么？

最佳回復(fù)來自 Joseph Mansfield

非常不幸，你在代碼中遇到這么多的動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，但這個(gè)只能說明有現(xiàn)在有太多不合格的 C++ 程序員。

這么說吧，你的兩個(gè)問題本質(zhì)上是同個(gè)問題。第一個(gè)問題是，應(yīng)該何時(shí)使用動(dòng)態(tài)分配（使用 new 方法）？第二問題是，什么時(shí)候該使用指針？

最先要牢記的重點(diǎn)是，你應(yīng)該根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的方法。 一般來說，使用定義對(duì)象的方式比起使用手工動(dòng)態(tài)分配（或new指針）的方式會(huì)更加合理以及安全。

動(dòng)態(tài)分配

你的提問中，所列出的兩種分配對(duì)象方式的主要區(qū)別在于對(duì)象的生存期。通過 Object myObject 方式定義對(duì)象，對(duì)象的生存期是在其作用域內(nèi)自維護(hù)（automatic storage），這個(gè)意味著程序離開對(duì)象的作用域之后，對(duì)象將被自動(dòng)銷毀。當(dāng)通過 new Object() 方式分配對(duì)象時(shí)，對(duì)象的生存期是動(dòng)態(tài)的，這個(gè)意味著若不顯式地 detete 對(duì)象，對(duì)象將一直存在。你應(yīng)該只在必要的時(shí)候使用動(dòng)態(tài)分配對(duì)象。換句話說，只要有可能，你應(yīng)該首選定義可自維護(hù)的對(duì)象。

這里是兩個(gè)常見需要?jiǎng)討B(tài)分配對(duì)象的情況：

分配不限制作用域的對(duì)象，對(duì)象存儲(chǔ)在其特定的內(nèi)存中，而不是在內(nèi)存中存儲(chǔ)對(duì)象的拷貝。如果對(duì)象是可以拷貝/移動(dòng)的，一般情況下你應(yīng)該選擇使用定義對(duì)象的方式。

定義的對(duì)象會(huì)消耗大量內(nèi)存，這時(shí)可能會(huì)耗盡?？臻g。如果我們永遠(yuǎn)不需要考慮這個(gè)問題那該多好（實(shí)際大部分情況下，我們真不需要考慮），因?yàn)檫@個(gè)本身已經(jīng)超出 C++ 語言的范疇，但不幸的是，在我們實(shí)際的開發(fā)過程中卻不得不去處理這個(gè)問題。

當(dāng)你確實(shí)需要?jiǎng)討B(tài)分配對(duì)象時(shí)，應(yīng)該將對(duì)象封裝在一個(gè)智能指針（smart pointer）或其他提供RAII機(jī)制的類型中（類似標(biāo)準(zhǔn)的 container）。智能指針提供動(dòng)態(tài)對(duì)象的所有權(quán)語義（ownership），具體可以看一下std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 這兩個(gè)例子。如果你使用得當(dāng)，基本上可以避免自己管理內(nèi)存（具參見 Rule of Zero）。

指針

當(dāng)然，不使用動(dòng)態(tài)分配而采取原始指針（raw pointer）的用法也很常見，但是大多數(shù)情況下動(dòng)態(tài)分配可以取代指針，因此一般情況應(yīng)該首選動(dòng)態(tài)分配的方法，除非你遇到不得不用指針的情況。

1. 使用引用語義（reference semantics）的情況。有時(shí)你可能需要通過傳遞對(duì)象的指針（不管對(duì)象是如何分配的）以便你可以在函數(shù)中去訪問/修改這個(gè)對(duì)象的數(shù)據(jù)（而不是它的一份拷貝），但是在大多數(shù)情況下，你應(yīng)該優(yōu)先考慮使用引用方式，而不是指針，因?yàn)橐镁褪潜辉O(shè)計(jì)出來實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求的。注意，采用這種方式，對(duì)象生存期依舊在其作用域內(nèi)自維護(hù)。當(dāng)然，如果通過傳遞對(duì)象拷貝可以滿足要求的情況下是不需要使用引用語義。

2. 使用多態(tài)的情況。通過傳遞對(duì)象的指針或引用調(diào)用多態(tài)函數(shù)（根據(jù)入?yún)㈩愋筒煌瑫?huì)調(diào)用不同處理函數(shù)）。如果你的設(shè)計(jì)就是可以傳遞指針或傳遞引用，顯然，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用傳遞引用的方式。

3. 對(duì)于入?yún)?duì)象可選的情況，常見的通過傳遞空指針表示忽略入?yún)?。如果只有一個(gè)參數(shù)的情況，應(yīng)該優(yōu)先考慮使用缺省參數(shù)或是對(duì)函數(shù)進(jìn)行重載。要不然，你應(yīng)該優(yōu)先考慮使用一種可封裝此行為的類型，比如 boost::optional或者std::optional

4. 通過解耦編譯類型依賴減少編譯時(shí)間的情況。使用指針的一個(gè)好處在于可以用于前向聲名（forward declaration）指向特定類型（如果使用對(duì)象類型，則需要定義對(duì)象），這種方式可以減少參與編譯的文件，從而顯著地提高編譯效率，具體可以看 Pimpl idiom 用法。

5. 與C庫或C風(fēng)格的庫交互的情況。此時(shí)只能夠使用指針，這種情況下，你要確保的是指針使用只限定在必要的代碼段中。指針可以通過智能指針的轉(zhuǎn)換得到，比如使用智能指針的get成員函數(shù)。如果C庫操作分配的內(nèi)存需要你在代碼中維護(hù)并顯式地釋放時(shí)，可以將指針封裝在智能指針中，通過實(shí)現(xiàn) deleter 從而可以有效的地釋放對(duì)象。

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