C++11系列 make_shared

make_shared

定义于头文件
template< class T, class... Args > shared_ptr<T> make_shared( Args&&... args );	(1)	(C++11 起)  (T 非数组)
template<class T> shared_ptr<T> make_shared(std::size_t N);	(2)	(C++20 起)  (T 为 U[])
template<class T> shared_ptr<T> make_shared();	(3)	(C++20 起)  (T 为 U[N])
template<class T> shared_ptr<T> make_shared(std::size_t N, const std::remove_extent_t<T>& u);	(4)	(C++20 起)  (T 为 U[])
template<class T> shared_ptr<T> make_shared(const std::remove_extent_t<T>& u);	(5)	(C++20 起)  (T 为 U[N])

    1)  以  args  为  T  的构造函数参数列表，构造  T  类型对象并将它包装于  std::shared_ptr  。对象如同用表达式  ::new (pv) T(std::forward<Args>(args)...)  构造，其中  pv  是内部指向适合保有  T  类型对象的存储的  void*  指针。存储典型地大于  sizeof(T)  ，以对共享指针控制块和  T  对象使用一次分配。此函数所调用的  std::shared_ptr  构造函数以指向新构造的  T  类型对象指针启用  shared_from_this  。此重载仅若 T 不是数组类型才参与重载决议。

    2,3) 同  (1) ，但构造的元素是可能多维的数组，其  std::remove_all_extents_t 类型的非数组元素如同以布置 new 表达式  ::new(pv) std::remove_all_extents_t<T>() 值初始化。重载  (2) 创建第一维上大小为  N 的数组。数组元素以其地址递增顺序初始化，而当其生存期结束时，以原本构造顺序的逆序销毁。

         4,5) 同  (2,3) ，但每个元素从默认值  u 初始化。若  U 不是数组类型，则这如同以如  (1) 中的布置 new 表达式进行；否则，这如同以如同  (1) 中的布置 new 表达式，从来自  u 的对应元素初始化（可能多维的）数组的每个非数组元素。重载  (4) 创建第一维上大小为  N 的数组。数组元素以其地址递增顺序初始化，而当其生存期结束时，以原本构造顺序的逆序销毁。

参数

args	-	将用以构造 T 实例的参数列表。
N	-	要使用的数组
u	-	初始化数组每个元素的初值

返回值

类型 T 实例的 std::shared_ptr 。

异常

可能抛出 std::bad_alloc 或任何 T 构造函数所抛的异常。若抛出异常，则函数无效果。若异常在数组的构造中抛出，则已初始化元素以逆序销毁。 (C++20 起)

注意

此函数可用作 std::shared_ptr<T>(new T(args...)) 的替代品。得失是：

• std::shared_ptr<T>(new T(args...)) 进行至少二次分配（一次为 T 而另一次为共享指针的控制块），而 std::make_shared<T> 典型地仅进行一次分配（标准推荐但不要求如此，所有已知实现均如此）。
• 若任何 std::weak_ptr 在所有共享拥有者的生存期结束后引用 std::make_shared 所创建的控制块，则 T 所占有的内存维持着，直至所有弱拥有者亦被销毁，若 sizeof(T) 较大则这可能是不想要的。
• std::shared_ptr<T>(new T(args...)) 可能调用 T 的非公开构造函数，若在它可访问的语境中执行，而 std::make_shared 要求对被选择构造函数的公开访问。
• 不同于 std::shared_ptr 构造函数， std::make_shared 不允许自定义删除器。
• std::make_shared 使用 ::new ，故若用类限定的 operator new 设置了任何特殊行为，则它将异于 std::shared_ptr<T>(new T(args...)) 。

std::shared_ptr 支持数组类型（从 C++17 起），但 std::make_shared 不支持。此功能为 boost::make_shared 所支持。

(C++20 前)

如 f(std::shared_ptr<int>(new int(42)), g()) 的代码可能导致内存泄漏，若 g 在 new int(42) 后得到调用且抛出异常，而 f(std::make_shared<int>(42), g()) 是安全的，因为二个函数调用决不会穿插。

(C++17 前)

构造函数以 U* 类型指针 ptr 启用 shared_from_this ，表示它确定 U 是否拥有作为 std::enable_shared_from_this 特化的无歧义且可访问 (C++17 起)基类，而若如此，则构造函数求值该语句：

if (ptr != nullptr && ptr->weak_this.expired())
  ptr->weak_this = std::shared_ptr<std::remove_cv_t<U>>(*this,
                                  const_cast<std::remove_cv_t<U>*>(ptr));

其中 weak_this 是 std::shared_from_this 的隐藏 mutable std::weak_ptr 成员。对 weak_this 成员的赋值不是原子的，且与任何到同一对象的潜在并发访问冲突。这确保将来对 shared_from_this() 调用，将与此裸指针构造函数所创建的 shared_ptr 共享所有权。

上述解释代码中，测试 ptr->weak_this.expired() 是为确保若 weak_this 指示已有占有者则重赋值它。从 C++17 起要求此测试。

示例

运行此代码

#include 
#include 
 
void foo(const std::shared_ptr<int>& i)
{
    (*i)++;
}
 
int main()
{
    auto sp = std::make_shared<int>(12);
    foo(sp);
    std::cout << *sp << '\n';
}

输出：

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参阅

(构造函数)	构造新的 shared_ptr  (公开成员函数)
allocate_shared	创建共享指针，管理用分配器分配的新对象  (函数模板)
make_unique (C++14)	创建管理新对象的独有指针  (函数模板)
operator new operator new[]	分配函数  (函数)

Why make_shared

C++11 中引入了智能指针, 同时还有一个模板函数 std::make_shared 可以返回一个指定类型的 std::shared_ptr, 那与 std::shared_ptr 的构造函数相比它能给我们带来什么好处呢 ?

优点

效率更高

shared_ptr 需要维护引用计数的信息,

• 强引用, 用来记录当前有多少个存活的 shared_ptrs 正持有该对象. 共享的对象会在最后一个强引用离开的时候销毁( 也可能释放).
• 弱引用, 用来记录当前有多少个正在观察该对象的 weak_ptrs. 当最后一个弱引用离开的时候, 共享的内部信息控制块会被销毁和释放 (共享的对象也会被释放, 如果还没有释放的话).

如果你通过使用原始的 new 表达式分配对象, 然后传递给 shared_ptr (也就是使用 shared_ptr 的构造函数) 的话, shared_ptr 的实现没有办法选择, 而只能单独的分配控制块:

1 2	auto p = new widget(); shared_ptr sp1{ p }, sp2{ sp1 };

如果选择使用 make_shared 的话, 情况就会变成下面这样:

1	auto sp1 = make_shared(), sp2{ sp1 };

内存分配的动作, 可以一次性完成. 这减少了内存分配的次数, 而内存分配是代价很高的操作.

关于两种方式的性能测试可以看这里 Experimenting with C++ std::make_shared

异常安全

看看下面的代码:

1 2 3 4

void F(const std::shared_ptr<Lhs>& lhs, const std::shared_ptr<Rhs>& rhs) { /* ... */ } F(std::shared_ptr<Lhs>(new Lhs("foo")), std::shared_ptr<Rhs>(new Rhs("bar")));

C++ 是不保证参数求值顺序, 以及内部表达式的求值顺序的, 所以可能的执行顺序如下:

1. new Lhs(“foo”))
2. new Rhs(“bar”))
3. std::shared_ptr
4. std::shared_ptr

好了, 现在我们假设在第 2 步的时候, 抛出了一个异常 (比如 out of memory, 总之, Rhs 的构造函数异常了), 那么第一步申请的 Lhs 对象内存泄露了. 这个问题的核心在于, shared_ptr 没有立即获得裸指针.

我们可以用如下方式来修复这个问题.

1 2 3

auto lhs = std::shared_ptr<Lhs>(new Lhs("foo")); auto rhs = std::shared_ptr<Rhs>(new Rhs("bar")); F(lhs, rhs);

当然, 推荐的做法是使用 std::make_shared 来代替:

1	F(std::make_shared<Lhs>("foo"), std::make_shared<Rhs>("bar"));

缺点

构造函数是保护或私有时,无法使用 make_shared

make_shared 虽好, 但也存在一些问题, 比如, 当我想要创建的对象没有公有的构造函数时, make_shared 就无法使用了, 当然我们可以使用一些小技巧来解决这个问题, 比如这里 How do I call ::std::make_shared on a class with only protected or private constructors?

对象的内存可能无法及时回收

make_shared 只分配一次内存, 这看起来很好. 减少了内存分配的开销. 问题来了, weak_ptr 会保持控制块(强引用, 以及弱引用的信息)的生命周期, 而因此连带着保持了对象分配的内存, 只有最后一个 weak_ptr 离开作用域时, 内存才会被释放. 原本强引用减为 0 时就可以释放的内存, 现在变为了强引用, 若引用都减为 0 时才能释放, 意外的延迟了内存释放的时间. 这对于内存要求高的场景来说, 是一个需要注意的问题. 关于这个问题可以看这里 make_shared, almost a silver bullet

参考

• GotW #89 Solution: Smart Pointers
• cppreference.com – std::make_shared