C++11 智能指针 unique_ptr，让资源管理更简单，更安全

1. 总览

   • 轻量级

     • 行为基本和原始指针相同.

   • 大小

     • 默认:delete析构,大小和原始指针一样.

   • 实现

     • 支持构造和移动,不支持拷贝.
     • 数据采用tuple组合,组合类之间采用继承的方式.

   • 析构

     • 默认和自定义.

   • 使用

     • 工厂.
     • 不完整的成员指针变量.

   • 转换

     • unique_ptr独占.
     • 移动转化为shared_ptr也是可以的.

2. 轻量级

   • 默认

     • 使用delete析构.

     • 大小和原始指针一样.

   • 分析

     template <typename _Tp, typename _Dp = default_delete<_Tp>>
     class unique_ptr
     

     • 可以看到default_delete是默认的析构.

     template<typename _Tp>
     struct default_delete
     {
        constexpr default_delete() noexcept = default;
        void operator()(_Tp* __ptr) const
        {
            delete __ptr;
        }
     };
     

     • 默认析构是一个可调用对象.无数据.

     
     template <typename _Tp, typename _Dp>
     class __uniq_ptr_impl
     {
     private:
        tuple<pointer, _Dp> _M_t;
     };
     
     __uniq_ptr_impl<_Tp, _Dp> _M_t;
     

     • unique_ptr的唯一成员变量,_M_t.

     • 实际是tuple的封装,tuple则是以继承的形式实现.

     • 所以默认delete是空类,指针继承还是空的.大小不变,多出来了一些代码而已.

   • 使用场景

     • 既然大小和原始指针一样,那么原始指针可以用的地方,这个也可以.

   • 总结

     • 对指针的封装.

     • 其他的功能都是成员函数实现.

     • 成员函数则是普通函数,第一参数是对象本身而已.

3. 大小

   • 说明

     • 前面介绍了数据采用继承的形式。

     • 指针的大小是不变的,那么唯一变化的就是析构类.

   • 析构类

     • 可以是lambda,可调用对象,其他.

     • 入参类型和数据指针类型一致即可.

   • tuple

     template<std::size_t _Idx, typename _Head>
     struct _Head_base<_Idx, _Head, false>
     {
        _Head _M_head_impl;
     };
     
     template<std::size_t _Idx, typename _Head>
     struct _Head_base<_Idx, _Head, true>
     {
     
     };
     
     template<std::size_t _Idx, typename _Head, typename... _Tail>
     struct _Tuple_impl<_Idx, _Head, _Tail...>
      : public _Tuple_impl<_Idx + 1, _Tail...>,
        private _Head_base<_Idx, _Head>
     {
     
     };
     

     • 空类无成员变量,非空类有成员变量.

     • 模板元变成.智能代码生成器.

4. 实现

   • 说明

     • 实现了构造和移动。

     • 拷贝被delete掉了.

   • 分析

     
     // Disable copy from lvalue.
     unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;
     unique_ptr& operator=(const unique_ptr&) = delete;
     

     • 可以看到拷贝构造和拷贝赋值都被delete.

     • 参与匹配,但是报错.

   • 移动

     
     void reset(pointer __p = pointer()) noexcept
     {
        using std::swap;
        swap(_M_t._M_ptr(), __p);
        if (__p != pointer())
            get_deleter()(__p);
     }
     
     pointer release() noexcept
     {
        pointer __p = get();
        _M_t._M_ptr() = pointer();
        return __p;
     }
     
     unique_ptr& operator=(unique_ptr&& __u) noexcept
     {
        reset(__u.release());
        get_deleter() = std::forward<deleter_type>(__u.get_deleter());
        return *this;
     }
     

     • 先对__u执行release,即返回并修改为空,返回值.

     • 在执行reset进行交换并释放原值(交换出来的 __p ).

     • 赋值传递了数据和析构对象.

5. 使用

   • 工厂类

     • 创建一个成员并返回.

   • 须知

     • 返回时,局部变量变成右值.

     • 然后外部接收对象调用右值构造.

   • 移动

     • 移动代表着资源转移.

     • 原始资源的释放.

   • 交换

     • 互换,不涉及释放.

   • 转移失败

     • 析构.

   • 析构失败

     • signal崩溃.
     • abort无unwind stack.

6. 析构

   • 回顾

     • 默认用delete.

     • 可以自定义析构.

   • 自定义析构

     • 由于采用tuple,数据之间采用继承的方式组合.
     • 所以可以减少空类占用数据.

   • 注意

     • 默认是指针,大小固定.
     • 加了自定义函数可能会增大.

7. 拓展

   • 数组

     • 需要以数组的形式创建.

     #include
     #include
     class D{
     public:
        D(){std::cout << __FUNCTION__ << std::endl;}
        ~D(){std::cout << __FUNCTION__ << std::endl;}
     };
     
     
     int main() {
        std::unique_ptr<D[]> d(new D[5]);
     }
     

     • 这里的类型是D[],而不是D.即数组和单个元素的差别.

     • 调用也有一些差别.

     • 重载的函数也是数组的操作[],不支持*,->操作.

     • 通常用在C风格的函数返回数组.C++一般是使用容器.

   • 转换为shared_ptr

     • 因为是独占的,所以可以理解为共享,只是计数只能为1.

     • 同时支持独占和共享的转换也是作为工厂函数的原因之一.