C++智能指针漫谈【下】

Loki::SmartPtr

Loki名字是北欧神话里的火神洛基。Loki身出名门，是《Modern C++ Design》的作者Andrei Alexandresc贡献的一个C++通用库，包括typelist，functor，singleton，smart pointer，object factory，visitor和multimethods。网络评论说Loki过于华丽，很多特性现在并不适用。

回到智能指针上来，Loki的智能指针采用一种完全不同的设计策略。如果Boost是人族，那么Loki让你变成神族。Boost为了满足各种需求，设计出了多个智能指针。为什么要那么多呢？乔布斯要求苹果音乐市场的音乐都卖1美元，那能不能一个指针指针满足所有需求呢？

Loki说可以。Loki的智能指针方案采用基于策略的设计，将智能指针进行分解，分解为一些独立的功能模板，然后通过混合搭配的策略定制自己的智能指针。

template<typename T,
	template <class>class OwnershipPolicy =RefCounted,
	class ConversionPolicy =DisallowConversion,
	template <class>class CheckingPolicy =AssertCheck,
	template <class>class StoragePolicy =DefaultSPStorage>
class SmartPtr;

我们可以看到，除了SmartPtr 所指向的对象类型T 以外，在模板类SmartPtr 中包括了这样一些策略：OwnershipPolicy（所有权策略）、ConversionPolicy（类型转换策略）、CheckingPolicy（检查策略）、StoragePolicy（存储策略）。正是通过这样的分解，使得SmartPtr 具备了极大的灵活性。我们可以任意组合各种不同的策略，从而获得不同的智能指针实现。下面先对各个策略逐一进行介绍：

• OwnershipPolicy：指定所有权管理策略，可以从以下预定义的策略中选择：DeepCopy（深度复制）、RefCounted（引用计数）、RefCountedMT（多线程化引用计数）、COMRefCounted（COM引用计数）、RefLinked（引用链接）、DestructiveCopy（销毁式复制），以及NoCopy（无复制）。
• ConversionPolicy：指定是否允许进行向被指向类型的隐式转换。可以使用的实现有AllowConversion 和DisallowConversion。
• CheckingPolicy：定义错误检查策略。可以使用AssertCheck、AssertCheckStrict、RejectNullStatic、RejectNull、RejectNullStrict，以及NoCheck。
• StoragePolicy：定义怎样存储和访问被指向对象。Loki 已定义的策略有：DefaultSPStorage、ArrayStorage、LockedStorage，以及HeapStorage。

除了Loki 已经定义的策略，你还可以自行定义策略。实际上，Loki 的智能指针模板覆盖了四种基本的Boost 智能指针类型：scoped_ptr、scoped_array、shared_ptr 和shared_array；至于weak_ptr，也可以通过定义相应的策略来实现其等价物。通过即将成为C++标准（C++0x）的typedef 模板特性，我们还可以利用Loki 的SmartPtr 模板来直接定义前面提到的Boost 的前四种智能指针类型。

鉴于神族实现比较复杂，有兴趣的可以读读源码。由于Loki是基于C++标准编写的，而现在的编译器对标准的支持有限，所以不要期望自己能够编译通过并使用。可以参考侯捷调通一个版本。

管理数组

数组的申请和释放不同单个对象，new和delete都带有[]，来告诉编译器现在申请和释放的是一个数组资源。同样智能指针也需要一种提示，让它知道现在托管的是一个数组资源，要按数组的方式来申请和释放资源。

Boost提供了scoped_array和shared_array来为数组对象提供智能指针。它们分别是scoped_ptr和scoped_array的数组版本，实现上大同小异。

常见陷阱

1 代码中出现 delete 关键字或 C 语言的 free 函数。

Ø 智能指针帮助管理和释放资源，代码中delete会导致智能指针悬空，造成程序崩溃。对于选用智能指针的程序，不能出现delete和free。避免对shared_ptr所管理的对象的直接内存管理操作，以免造成该对象的重释放。

2 在需要访问 Boost::shared_ptr 对象，而又不想改变其引用计数的情况下，使用 Boost::weak_ptr。

Ø Boost::weak_ptr

3 使用 std::auto_ptr，小心所有权转移。

Ø auto_ptr的拷贝构造函数，赋值函数都存在所有权转移。原指针在所有权转移后被置空，访问空指针造成程序崩溃。

4 派生类所对应的std::auto_ptr对象不能转换为基类所对应的std::auto_ptr对象。

Ø 这是一个常见问题，其他类型的智能指针也可能存在这个问题。最简单的解决版本是提供对象的派生类到基类的隐式类型转换，但这样的设计过于丑陋。这个问题可以归纳为：只要T*能隐式转换成U*，那么smart_ptr<T>就应该能隐式转换成smart_ptr<U>。可以考虑利用C++的成员函数模板（Member Function Template）实现。shared_ptr支持派生类到基类的转换。

5 使用shared_ptr所带来的循环引用而造就的内存泄露。

Ø 循环引用会额外增加引用，在shared_ptr释放时，引用计数不会清零，托管的资源不会被释放。（这点是其它各种引用计数管理内存方式的通病）。

6 构造一个临时的shared_ptr作为函数的参数。

Ø 这个问题与异常和函数参数的求值顺序有关。C++构造函数发生的异常将不会调用析构函数。例如f(shared_ptr<int>(new int(2)), g())。构造了临时的 shared_ptr ，这就为内存泄漏留下了可乘之机。因为函数参数的求值顺序是不确定的，new int(2) 首先被求值，g() 第二个是有可能的，如果 g 抛出一个异常，我们永远也不可能到达 shared_ptr 的构造函数。new int(2)申请的资源没有机会被释放。

Ø 关于这类问题有一个很好的准则：“Perform every resource allocation (e.g., new) in its own code statement which immediately gives the new resource to a manager object (e.g., auto_ptr)”。详细的分析介绍可以参考《More Exceptional C++》。

7 不要一个原始指针被shared_ptr管理后，不要再把这个原始指针交给另外一个智能指针管理。

Ø 一个资源被托管给多个智能指针，释放时存在多次释放造成程序崩溃的风险。

参考文献

[] http://www.360doc.com/content/10/1215/13/3705007_78340485.shtml

[] http://dozb.bokee.com/1976635.html

[] http://xuchaoqian.com/?p=797

[] http://blog.csdn.net/wang_jing_2008/article/details/7924739

[] http://www.drdobbs.com/move-constructors/184403855, Move Constructor

[] http://blog.csdn.net/pongba/article/details/1697636

[] Modern C++ Design