c++标准程序库----p55----为什么需要auto_ptr_ref?

这几天开始拜读侯捷先生和孟岩先生的译作《C++标准程序库：自修教程与参考手册》 。两位先生确实译功上乘，读得很顺。但是读到P55页关于auto_ptr_ref的讨论，却百思不得其解：为什么需要引入auto_ptr_ref这个辅助类呢？

 

从书中描述来看，仿佛与拷贝构造函数 、右值 、类型转换 有关。于是，结合auto_ptr的源代码，google之、baidu之，找了一推资料，终于初步 搞清该问题。

 

auto_ptr的拥有权

C++常见的智能指针有std::auto_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_array、boost::scoped_array等。auto_ptr只是其中一种而已。但是，为什么auto_ptr才有auto_ptr_ref ，而boost::shared_ptr却没有shared_ptr_ref呢？

 

答案与auto_ptr的特性有关。auto_ptr强调对资源的拥有权 （ownership）。也就是说，auto_ptr是"它所指对象"的拥有者。而一个对象只能属于一个拥有者，严禁一物二主，否则就是重婚罪，意料外的灾难将随之而来。

 

为了保证auto_ptr的拥有权唯一，auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符做了这样一件事情：移除另一个auto_ptr的拥有权 。为了说明拥有权的转移 ，请看下面的代码示例：

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv){  
6.     auto_ptr<int> ptr1(new int(1));  
7.     auto_ptr<int> ptr2(ptr1); //ptr1的拥有权被转移到ptr2  
8.   
9.     auto_ptr<int> ptr3(NULL);  
10.     ptr3 = ptr2;                //ptr2的拥有权被转移到ptr3  
11.   
12.     cout<<ptr1.get()<<endl;     //结果为0  
13.     cout<<ptr2.get()<<endl;     //结果为0  
14.     cout<<*ptr3<<endl;          //结果为1  

auto_ptr的拷贝构造函数与赋值操作符  

由于需要实现拥有权的转移，auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符，与一般类的做法不太相同。我们可以看看MinGW 5.1.6实现的auto_ptr源代码：

Cpp代码   

1.  /** 
2.  *  @brief  An %auto_ptr can be constructed from another %auto_ptr. 
3.  *  @param  a  Another %auto_ptr of the same type. 
4.  * 
5.  *  This object now @e owns the object previously owned by @a a, 
6.  *  which has given up ownsership. 
7.  */  
8. auto_ptr(auto_ptr& __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) {}  
9.   
10. /** 
11.  *  @brief  %auto_ptr assignment operator. 
12.  *  @param  a  Another %auto_ptr of the same type. 
13.  * 
14.  *  This object now @e owns the object previously owned by @a a, 
15.  *  which has given up ownsership.  The object that this one @e 
16.  *  used to own and track has been deleted. 
17.  */  
18. auto_ptr&  
19. operator=(auto_ptr& __a) throw () {  
20.     reset(__a.release());  
21.     return *this;  
22. }  

 

    可以看到，auto_ptr的拷贝构造函数、赋值操作符，它们的参数都是auto_ptr& ，而不是auto_ptr const & 。

 

    一般来说，类的拷贝构造函数和赋值操作符的参数都是const &。但是auto_ptr的做法也是合理的：确保拥有权能够转移 。

 

    如果auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符的参数是auto_ptr const & ，那么实参的拥有权将不能转移。因为转移拥有权需要修改auto_ptr的成员变量，而实参确是一个const对象，不允许修改。

 

右值与const &

假设我们想写出下面的代码：

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //使用临时对象进行拷贝构造  
7.     auto_ptr<int> ptr2(NULL);  
8.     ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));           //使用临时对象进行赋值  
9. }  

 

    假设没有定义auto_ptr_ref类及相关的函数，那么这段代码将不能通过编译。主要的原因是，拷贝构造函数及赋值操作符的参数：auto_ptr<int>(new int(1))和 auto_ptr<int>(new int(2)) 都是临时对象 。临时对象属于典型的右值 ，而非const &是不能指向右值的 （参见More Effective C++ ，Item 19）。auto_ptr的拷贝构造函数及赋值操作符的参数类型恰恰是auto_ptr&，明显 非const &。

 

    同理，下面的两段代码，也不会通过编译：

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4. auto_ptr<int> f();  
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr3(f());  //使用临时对象进行拷贝构造  
7.     auto_ptr<int> ptr4(NULL);  
8.     ptr4 = f();               //使用临时对象进行赋值  
9. }  

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4. auto_ptr<int> f(){  
5.     return auto_ptr<int>(new int(3));  //这里其实也使用临时对象进行拷贝构造  
6. }  

 

    普通类不会遇到这个问题，是因为他们的拷贝构造函数及赋值操作符（不管是用户定义还是编译器生成的版本），参数都是const &。

 

auto_ptr_ref之目的

传说当年C++标准委员会的好多国家，因为这个问题都想把auto_ptr从标准库中剔除。好在Bill Gibbons和Greg Colvin创造性地提出了auto_ptr_ref，解决了这一问题，世界清静了。

 

auto_ptr_ref之原理

    很显然，下面的构造函数，是可以接收auto_ptr临时对象的。

Cpp代码   

1. auto_ptr(auto_ptr __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) { }  

 

    但另一个问题也很显然：上述构造函数不能通过编译。如果能通过编译，就会陷入循环调用。我们稍作修改：

Cpp代码   

1. auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  //element_type就是auto_ptr的模板参数。  
2.       : _M_ptr(__ref._M_ptr) { }   

 

    该版本的构造函数，可以接收auto_ptr_ref的临时对象。如果auto_ptr可以隐式转换到auto_ptr_ref，那么我们就能够用auto_ptr临时对象来调用该构造函数。这个隐式转换不难实现：

Cpp代码   

1. template<typename _Tp1>  
2.         operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw()  
3.         { return auto_ptr_ref<_Tp1>(this->release()); }  

 

    至此，我们可以写出下面的代码，并可以通过编译：

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //调用auto_ptr_ref版本的构造函数  
7. }  

 

   同理，如果我们再提供下面的函数：

Cpp代码   

1. auto_ptr&  
2.      operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  
3.      {  
4. if (__ref._M_ptr != this->get())  
5.   {  
6.     delete _M_ptr;  
7.     _M_ptr = __ref._M_ptr;  
8.   }  
9. return *this;  
10.      }  

 

    那么，下面的代码也可以通过编译：

Cpp代码   

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr2(NULL);  
7.     ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));  //调用auto_ptr_ref版本的赋值操作符  
8. }  

 

auto_ptr_ref之本质

本质上，auto_ptr_ref赋予了auto_ptr“引用”的语义，这一点可以从auto_ptr_ref的注释看出：

Cpp代码   

1. /** 
2.    *  A wrapper class to provide auto_ptr with reference semantics. 
3.    *  For example, an auto_ptr can be assigned (or constructed from) 
4.    *  the result of a function which returns an auto_ptr by value. 
5.    * 
6.    *  All the auto_ptr_ref stuff should happen behind the scenes. 
7.    */  
8.   template<typename _Tp1>  
9.     struct auto_ptr_ref  
10.     {  
11.       _Tp1* _M_ptr;  
12.         
13.       explicit  
14.       auto_ptr_ref(_Tp1* __p): _M_ptr(__p) { }  
15.     };  

auto_ptr_ref之代码

这里列出auto_ptr_ref相关的函数，共参考：

Cpp代码   

1. auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  
2. : _M_ptr(__ref._M_ptr) {}  
3.   
4. auto_ptr&  
5. operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw () {  
6.     if (__ref._M_ptr != this->get()) {  
7.         delete _M_ptr;  
8.         _M_ptr = __ref._M_ptr;  
9.     }  
10.     return *this;  
11. }  
12.   
13. template<typename _Tp1>  
14. operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw () {  
15.     return auto_ptr_ref<_Tp1> (this->release());  
16. }  
17.   
18. template<typename _Tp1>  
19. operator auto_ptr<_Tp1>() throw () {  
20.     return auto_ptr<_Tp1> (this->release());  
21. }  

 参考资料

auto_ptr之变迁

auto_ptr实现之我见

auto_ptr_ref的奇妙（上）

auto_ptr_ref的奇妙（下）

auto_ptr_ref 的目的是什么

关于auto_ptr_ref的一点问题

左值和右值

转自：http://www.iteye.com/topic/746062