C++：如何提高将经常复制的自定义类的性能？

Question

我正在从Java转向C++，并且在理解C++类的基本工作原理以及设计它们的最佳实践方面遇到了很多麻烦。具体来说，我想知道是否应该在以下情况下使用指向我的类成员的指针。

我有一个自定义类Foo，它表示某个特定回合的游戏状态，而Foo有一个自定义类Bar的成员变量，它表示该游戏状态的逻辑子集。例如，Foo代表棋盘，Bar代表受到攻击的棋子和逃脱棋子（不是我的具体情况，而是我认为更普遍的比喻）。

我想通过复制Foo并相应地更新副本的状态来搜索一系列移动。当我完成搜索移动序列时，我将放弃该副本，并仍然有我的原始Foo表示当前的游戏状态。

foo.h中，我宣布我的Foo类，我声明一个成员变量为它类型栏：在我的Foo构造我打电话酒吧构造与一些特定参数的实施

class Foo { 
    Bar b; 
public: 
    Foo(); 
    Foo(const Foo& f); 
} 

但到我将在运行时知道的当前状态。据我所知，这意味着一个Bar构造函数被调用两次 - 一次是因为我写了“Bar b;”如果我理解正确，它会调用默认构造函数），并且曾经因为我在Foo :: Foo（）和Foo :: Foo（const Foo（））中写入类似“b = Bar（arg1，arg2，...） f）。

如果我想尽可能多地制作Foo的拷贝，这是一个问题，对吧？

我在想一个简单的解决方案是声明一个指向Bar的指针，而不是：“Bar * b”，它应该避免两次实例化b。这是好的做法吗？这是否表明我应该知道的任何陷阱？有更好的解决方案吗？我找不到一个具体的例子来帮助我（除了很多关于使用指针的警告），并且关于设计类的所有信息都非常令人难以置信，所以任何指导都将不胜感激！

编辑：是的，当我创建我的Foo时，我将获得创建Bar所需的所有信息。我认为每个人都推断出这一点，但要清楚，我有更多的东西像这样已经为我的默认构造函数：

Foo(int k=5); 

和Foo.cpp中：

Foo::Foo(int k) { 
    b = Bar(k); 
    ... 
} 

，然后我Foo和其酒吧成员随着游戏状态的变化而逐步更新。

所以叫我的自定义栏的构造在我的Foo构造 声明 初始化列表看起来做的最好的方式。谢谢你的答案！

Answer 1

理想情况下，您可以在构建Foo时设置Bar所需的所有信息。最好的解决办法是这样的：（这在Java中没有直接等效）

class Foo { 
    Bar b; 
public: 
    Foo() : b() { ... }; 
    Foo(const Foo& f) : b(f.a, f.b) { ... }; 
} 

了解更多关于constructor initialization lists

使用指针pb = new Bar(arg1, arg2)实际上将最有可能恶化因为堆分配你的表现（其中可能涉及锁定等）可能容易变得比将非默认构造的Bar分配给默认构造的Bar（当然取决于您的Bar::operator=的复杂程度如何）更加昂贵。）

Answer 2

是的，你可以使用一个指针成员并像这样实例化：b = new Bar(arg1, arg2, ...)。根据你的描述，我会这样做。只记得删除它（可能在Foo析构函数中）：delete b;或者你会泄漏它。

如果您是在Foo的构造函数中创建它，并且您知道参数，则可以保持您的成员不变，并在初始化程序列表中明确调用构造函数，并仅执行一次：Foo() : b(arg1, arg2, ...) {}。那么你不必调用delete。

Answer 3

编译器非常擅长优化不必要的复制（即使自定义复制文件已定义，该标准也可以避免复制构造函数的调用）。在头文件中实现短的函数也允许更多的优化，因为编译器可以看到它的内部并且可能避免一些不必要的处理。

在成员变量b的情况下，也许你可以使用初始化列表以避免出现两个初始化：

Foo(): b(arg1, arg2) {} 

在一般情况下，随之而来的优化，首先使其工作，才标杆，看看它需要做得更快，如果是这样，轮廓找出瓶颈在哪里。

Answer 4

如果您确实使用new bar，则使用auto_ptr - 只要bar仅用于foo（否则为boost :: shared_ptr，但这些可能会很慢）。

现在关于默认构造函数...你可以通过提供摆脱的是：

1. 一个initializer list为Foo构造 - 这将初始化吧。

2. 其次是用于初始化程序列表中的bar的非默认构造函数。

但是，在这一点上，我觉得你正在从一个痣山创造一座山。用Java以这种方式思考可能会为您节省大量的CPU周期。然而，在C++中，默认构造函数不（通常）意味着很多开销。

Answer 5

在我的Foo构造函数的实现中我使用一些特定于当前状态的参数调用Bar构造函数，我将在运行时了解这些参数。据我所知，这意味着一个Bar构造函数被调用两次 - 一次是因为我写了“Bar b;”如果我理解正确，它会调用默认构造函数），并且曾经因为我在Foo :: Foo（）和Foo :: Foo（const Foo（））中写入类似“b = Bar（arg1，arg2，...） f）。

你弄错了代码。 C++可以做的更好：

当你在类Foo成员Bar bar;那么这意味着Foo每个实例确实将有一个名为bar的Bar一个实例。只要创建了Foo对象，即创建Foo对象时，就会创建此bar对象。

您可以控制的Foo是bar子对象的创建中初始化列表Foo的构造：

Foo::Foo(Arg1 arg1, Arg2 arg2) 
    : bar(arg1,arg2) 
{ 
} 

该行开始用冒号将告诉编译器，其中Bar构造在使用Foo的这个特定构造函数创建Foo对象时调用它。在我的示例中，Bar的构造函数需要调用Arg1和Arg2。

如果不指定Bar构造函数用于创建一个Foo对象的bar子对象，那么编译器将使用Bar的默认构造函数。 （这是不带任何参数的一个。）

如果调用的Foo编译器生成的构造函数（编译器生成默认的，在某些情况下，拷贝构造函数为你），那么编译器会选择相应的Bar构造：Foo的默认构造函数将调用Bar的默认构造函数，Foo的复制构造函数将调用Bar的复制构造函数。如果你想覆盖这些默认值，你必须自己明确地编写这些Foo构造函数（而不是依赖编译器生成的构造函数），给它们一个初始化列表，其中调用正确的Bar构造函数。

所以你必须支付每个Foo建设的Bar施工。除非多个Foo对象可以共享相同的对象（使用写时复制，轻量级或类似的方式），那么您必须付费。

（在一个侧面说明：。这同样适用于分配IME，然而，这是非常罕见的是分配应该从默认的行为偏离）