C++中使用指針對象的原因是什么

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問題描述

我在使用 C++ 進行面向對象開發時，我發現一個很讓我非常困惑的問題：C++ 中經常出現使用對象指針，而不是直接使用對象本身的代碼，比如下面這個例子：

Object *myObject = new Object;

而不是使用：

Object myObject;

要不就是調用對象的方法（比如 testFunc()）時不使用這種方式：

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存，這么寫代碼可以提高代碼效率以及執行速度，是這樣的么？

最佳回復來自 Joseph Mansfield

非常不幸，你在代碼中遇到這么多的動態內存分配，但這個只能說明有現在有太多不合格的 C++ 程序員。

這么說吧，你的兩個問題本質上是同個問題。第一個問題是，應該何時使用動態分配（使用 new 方法）？第二問題是，什么時候該使用指針？

最先要牢記的重點是，你應該根據實際需求選擇合適的方法。 一般來說，使用定義對象的方式比起使用手工動態分配（或new指針）的方式會更加合理以及安全。

動態分配

你的提問中，所列出的兩種分配對象方式的主要區別在于對象的生存期。通過 Object myObject 方式定義對象，對象的生存期是在其作用域內自維護（automatic storage），這個意味著程序離開對象的作用域之后，對象將被自動銷毀。當通過 new Object() 方式分配對象時，對象的生存期是動態的，這個意味著若不顯式地 detete 對象，對象將一直存在。你應該只在必要的時候使用動態分配對象。換句話說，只要有可能，你應該首選定義可自維護的對象。

這里是兩個常見需要動態分配對象的情況：

分配不限制作用域的對象，對象存儲在其特定的內存中，而不是在內存中存儲對象的拷貝。如果對象是可以拷貝/移動的，一般情況下你應該選擇使用定義對象的方式。

定義的對象會消耗大量內存，這時可能會耗盡棧空間。如果我們永遠不需要考慮這個問題那該多好（實際大部分情況下，我們真不需要考慮），因為這個本身已經超出 C++ 語言的范疇，但不幸的是，在我們實際的開發過程中卻不得不去處理這個問題。

當你確實需要動態分配對象時，應該將對象封裝在一個智能指針（smart pointer）或其他提供RAII機制的類型中（類似標準的 container）。智能指針提供動態對象的所有權語義（ownership），具體可以看一下std::unique_ptr 和 std::shared_ptr 這兩個例子。如果你使用得當，基本上可以避免自己管理內存（具參見 Rule of Zero）。

指針

當然，不使用動態分配而采取原始指針（raw pointer）的用法也很常見，但是大多數情況下動態分配可以取代指針，因此一般情況應該首選動態分配的方法，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。有時你可能需要通過傳遞對象的指針（不管對象是如何分配的）以便你可以在函數中去訪問/修改這個對象的數據（而不是它的一份拷貝），但是在大多數情況下，你應該優先考慮使用引用方式，而不是指針，因為引用就是被設計出來實現這個需求的。注意，采用這種方式，對象生存期依舊在其作用域內自維護。當然，如果通過傳遞對象拷貝可以滿足要求的情況下是不需要使用引用語義。

2. 使用多態的情況。通過傳遞對象的指針或引用調用多態函數（根據入參類型不同，會調用不同處理函數）。如果你的設計就是可以傳遞指針或傳遞引用，顯然，應該優先考慮使用傳遞引用的方式。

3. 對于入參對象可選的情況，常見的通過傳遞空指針表示忽略入參。如果只有一個參數的情況，應該優先考慮使用缺省參數或是對函數進行重載。要不然，你應該優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間的情況。使用指針的一個好處在于可以用于前向聲名（forward declaration）指向特定類型（如果使用對象類型，則需要定義對象），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風格的庫交互的情況。此時只能夠使用指針，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換得到，比如使用智能指針的get成員函數。如果C庫操作分配的內存需要你在代碼中維護并顯式地釋放時，可以將指針封裝在智能指針中，通過實現 deleter 從而可以有效的地釋放對象。

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