如何在c ++中创建没有动态内存分配作为模板的链表

问题描述

我开始研究《 C ++动手系统编程》一书并且我尝试使用没有动态内存分配的模板创建以下链接列表。但是每次我尝试构建链表时，除了必须为new分配内存外，别无他法-我还要如何创建一个新节点？

据我所知，作者可以替换使用c ++模板创建新节点的需求，因为分配动态内存被认为很慢。到目前为止，这是否不意味着在编译时使用静态内存分配或数组或宏编程，而在运行时具有相同的灵活性？还是误会？

我缺少什么？首先感谢您有关如何在不使用c ++模板动态分配内存的情况下如何动态创建链接列表的提示。

“这些类型的链表（和其他数据结构）在Internet上有很多实现，它们提供了链表的通用实现，而无需动态分配数据。” 我在C ++中找不到任何东西：（

和

”在前面的示例中，我们不仅能够创建没有宏或动态分配的链接列表（以及使用void *指针所带来的所有问题），但是我们也能够封装功能，提供更简洁的实现和用户API。”

那是我试图做的，但是我困惑的每种方式都必须动态分配内存：


template<typename T>
class MyLinkedList
{
    struct node
    {
        T data;
        node* next = nullptr;
    };

private:
    node m_head;

public:


    void setData(T value)
    {
        if(m_head.next == nullptr){
        m_head.data = value;
        }
    }

    T getData()
    {
        return m_head.data;
    }


};

int main()
{
    MyLinkedList<int> list;
    list.setData(4);
    std::cout << list.getData() << std::endl;



    return 0;
}

本书中有关C ++模板的全文： Hands-On System Programming in C++

C ++中使用的模板

模板编程通常是被低估，被误解的加法对于没有足够功劳的C ++。大多数程序员需要看只不过尝试创建通用链接列表以了解原因。

C ++模板使您能够定义代码无需提前定义类型信息。

在C语言中创建链接列表的一种方法是使用指针和动态内存分配，如以下简单示例所示：
struct node  {
    void *data;
    node next; };

void add_data(node *n,void *val);
在前面的示例中，我们使用void将数据存储在链接列表中 *。如何使用它的一个示例如下：
node head; add_data(&head,malloc(sizeof(int)));
*(int*)head.data = 42;
此方法存在一些问题：

这种类型的链表显然不是类型安全的。数据的使用与数据的分配是完全无关的，要求程序员使用此链接列表来无错误地管理所有这些。节点和数据都需要动态内存分配。如前所述，内存分配缓慢，因为它们需要系统调用。通常，此代码难以阅读且笨拙。

创建通用链接列表的另一种方法是使用宏。那里这些类型的链表的几种实现（以及其他数据结构）漂浮在互联网上，从而提供链表的通用实现，无需动态分配数据。这些宏为用户提供了一种方法定义链表将在编译时管理的数据类型。

除了可靠性以外，这些方法的问题还在于实现使用宏以某种方式实现模板编程那远远不够优雅。换句话说，添加的解决方案 C的通用数据结构是使用C的宏语言手动实现模板编程。程序员会更好只是使用C ++模板。

在C ++中，无需链接即可创建像链表这样的数据结构必须声明链表正在管理的类型，直到声明如下：
template<typename T> class mylinked_list {
    struct node 
    {
        T data;
        node *next;
    };

public:

    ...

private:

    node m_head; };
在前面的示例中，我们不仅能够创建链接列表没有宏或动态分配（以及所有出现的问题）使用void *指针），但我们也能够封装功能，提供更简洁的实现和用户API。

关于模板编程的一个常抱怨是它生成的代码量。大多数代码膨胀通常来自模板源于编程错误。例如，程序员可能不会意识到整数和无符号整数不是同一类型，使用模板时导致代码膨胀（作为每种类型都会创建。）

除了该问题之外，使用宏也会产生相同的结果代码膨胀。天下没有免费的午餐。如果要避免使用动态分配和类型转换，同时仍提供通用算法，您必须为每个算法创建一个算法实例您打算使用的类型。如果可靠性是您的目标，则允许编译器生成确保程序执行所需的代码适当地胜过了缺点。

我缺少什么？首先感谢您有关如何在不使用c ++模板动态分配内存的情况下如何动态创建链接列表的提示。

解决方法

除了必须分配新的内存外，别无其他方法-我还要如何创建一个新节点？

您可以声明一个变量。或者，您可以使用placement-new将动态对象创建到非动态内存中。

这是使用节点变量的链表的最小示例：

template<class T>
struct node
{
    T data;
    node* next = nullptr;
};

// some function
node<int> n3{3,nullptr};
node<int> n2{2,&n3};
node<int> n1{1,&n2};

为动态对象重用非动态存储要复杂得多。我推荐一种结构化的方法，将预先存在的实现（例如std::list）与自定义分配器结合使用。

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