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使用 std::unique_ptr 代替原始指针

 3 years ago
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使用 std::unique_ptr 代替原始指针

作者: 张志强

, 发表于 2019-10-14

, 共 2093 字 , 共阅读 191 次

理论上而言，当 C++提供了std::unique_ptr， C++的程序就不应该出现普通指针了。所有普通指针都可以用std::unique_ptr代替，避免手动删除对象。

std::unique_ptr<int> x1 = new int{1};
std::unique_ptr<int[10]> x2 = new int[10]{2, 3, 4};

std::unique_ptr是一个标准的RAII实现，内部只维护了一个指针。因此它没有任何效率问题。

它的实现也特别简单直接。唯一的问题时，当删除原始资源时，需根据数据是单个数据还是数组，决定调用delete还是delete[]。这通过定义两个不同的Deleter来实现：

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

template<typename _Tp>
struct default_delete<_Tp[]> {
    template<typename _Up>
    typename enable_if<is_convertible<_Up(*)[], _Tp(*)[]>::value>::type operator()(_Up* __ptr) const {
        static_assert(sizeof(_Tp)>0, "can't delete pointer to incomplete type");
        delete [] __ptr;
    }
};

然后再对两种情况分别定义unique_ptr，下面只列其中一个：

template <typename _Tp, typename _Dp = default_delete<_Tp>>
class unique_ptr {
    std::tuple<pointer, _Dp> _M_t;
public:
    ~unique_ptr() noexcept {
        auto& __ptr = _M_t.get<0>();
        if (__ptr != nullptr) {
            _M_t.get<1>(__ptr);
            _M_t.get<0>() = nullptr;
        }
    }
}

这里有一个很有意思的地方在std::tuple<pointer, _Dp>。一个很自然的想法是为什么不定义成下面这样，用起来更方便：

template <typename _Tp, typename _Dp = default_delete<_Tp>>
class unique_ptr {
    pointer _M_ptr;
    _Dp _M_dp;
}

其原因是默认的_Dp是一个空结构。如果按照上面这种写法，sizeof(unique_ptr)就变成了 16。而用std::tuple，那么sizeof(unique_ptr)只有 8。这个差异非常大。

为确定这一点，我们可以运行下面这段测试程序：

#include <iostream>
#include <memory>

struct Empty { };

struct A {
    double x;
    Empty e;
};

int main() {
  std::cout << sizeof(std::unique_ptr<int>) << std::endl;       // 8
  std::cout << sizeof(std::shared_ptr<int>) << std::endl;       // 16
  std::cout << sizeof(Empty) << std::endl;                      // 1
  std::cout << sizeof(A) << std::endl;                          // 16
  std::cout << sizeof(std::tuple<double, Empty>) << std::endl;  // 8
}

其原因需要看std::tuple的具体实现。

Q. E. D.


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