c++ - 使用 std::vector 访问由 std::unique_ptr 管理的数据

Question

我有一个复杂的类，它包含一大块 double[2] - 由智能指针管理的类型数据，例如:std::unique_ptr<double[2]> m_data;我无法更改数据结构的类型。

我正在使用一个库，它为我提供了一个具有以下签名的函数:bool
func_in_lib(std::vector<double>& data, double& res) .我无法更改此函数的签名。

我想传递 unique_ptr 管理的数据到期望 vector<double>& 的函数在不中断与我的复杂类(class)的联系的情况下。我希望该功能直接在我的 m_data 上工作而不是将数据复制到 std::vector<double>并将其复制回我的复杂类，因为我必须这样做很多次。

有没有办法做到这一点？

这是一些涵盖我想要的语义的代码。我关心的代码行是
vector<double> access_vec = /* give access to my_data via vector interface */;

#include <iostream>
#include <memory>
#include <vector>

using namespace std;

//--------------------------------------------------------------------------//
//--- This function is given, I cannot change its signature.
bool
func_in_lib(std::vector<double>& data, double& res) {
  //--- check some properties of the vector
  if (data.size() < 10)
    return false;
  //--- do something magical with the data
  for (auto& d : data)
    d *= 2.0;
  res = 42.0;
  return true;
}

//--------------------------------------------------------------------------//
struct DataType {
  double a = 1.0;
  double b = 2.0;
  double c = 3.0;
};

//--------------------------------------------------------------------------//
ostream&
operator<<(ostream& out, const DataType& d) {
  out << d.a << " " << d.b << " " << d.c << endl;
  return out;
}

//--------------------------------------------------------------------------//
int
main(int argc, char const* argv[]) {
  int count = 20;
  //--- init and print my data
  unique_ptr<DataType[]> my_data = make_unique<DataType[]>(count);
  for (int i = 0; i < count; ++i)
    cout << my_data.get()[i];
  //---
  double         result     = 0.0;
  vector<double> access_vec = /* give access to my_data via vector interface */;
  func_in_lib(access_vec, result);

  return 0;
}

Answer 1

tl; dr:不可能以符合标准的方式。

这实际上几乎是可能的，但是 std::allocator限制挡住了你的去路。让我解释。

一个 std::vector “拥有”它用于元素存储的内存: vector 有权 delete[]内存(例如，在销毁时，或在移动后销毁，或 .resize() 或 push_back 等)并在其他地方重新分配。如果您想保留 unique_ptr 的所有权，你不能允许这种情况发生。虽然你的 func_in_lib() 的模拟实现是真的没有做任何事情 - 你的代码不能做出这些假设，因为它必须迎合函数的声明，而不是它的主体。

但是假设您愿意稍微改变规则，并假设 vector 在运行时不会替换其分配的内存。这是合法的，从某种意义上说 - 如果您能够传递内存以供 vector 以某种方式使用，并且它替换了内存区域，您可以检测到当 func_in_lib()返回，然后要么修复 unique_ptr 中的内容，要么抛出异常(取决于代码中的其他位置是否包含指向废弃内存的指针)。或者——假设 func_in_lib()拍了 const std::vector<double[2]>&而不是非常量引用。我们的路还是会被堵死。为什么？

std::vector通过分配器对象管理内存。分配器是一个模板，所以理论上你可以使用一个 vector ，分配器可以做任何你想做的事情 - 例如，从预先分配的内存(你给它 - 从 unique_ptr::get() 开始，并拒绝重新分配任何内存，例如，通过抛出异常。由于 std::vector 构造函数之一采用适当类型的分配器 - 您可以构造所需的分配器，用它创建一个 vector ，然后传递对该 vector 的引用。

但是很可惜——你的图书馆太残忍了。 func_in_lib没有模板化，只能为其分配器采用默认模板参数: std::allocator .

std::vector 使用的默认分配器和其他标准库容器是 std::allocator .现在，在我看来，分配器通常是一个错误的想法。但是 std::allocator特别烦人。具体来说，它不能使用预先存在的内存区域来构建它以供它使用；它只保存它自己分配的内存——从不保存你给它的内存。

所以，你永远不会得到 std::vector使用你想要的内存。

那么该怎么办？

选项1:你的黑客:

弄清楚 std::vector 的具体布局在您的系统上

手动将字段值设置为有用的值

使用reinterpret_cast<std::vector>()在您的原始数据上。

选项 2:malloc()和 free()钩子(Hook)(如果您在类 Unix 系统上和/或使用使用 libc 的编译器)

见:Using Malloc Hooks

这个想法是检测 new[]来自 std::vector 的电话你创造，并给它你自己的unique_ptr -控制内存而不是实际分配任何东西。当 vector 要求释放内存时(例如在销毁时)，你什么也不做。

切换库。图书馆暴露func_in_lib写得不好。除非它是一个非常利基的库，否则我相信会有更好的选择。事实上，你可以更好地自己编写它。

不要在库中使用该特定功能；坚持使用库中较低级别的简单原语并实现 func_in_lib()使用那些。并不总是可行的，但可能值得做空。