带有用 C 编写的库的智能指针

Posted 2023-03-16

【中文标题】带有用 C 编写的库的智能指针

【英文标题】：Smart pointers with a library written in C

【发布时间】：2010-10-04 15:46:16

【问题描述】：

我将 C++ 与 OpenCV 库一起使用，这是一个库图像处理，尽管这与这个问题无关。目前我有一个设计决定要做。

OpenCV 是一个 C 库，其数据结构（例如 CvMat）被声明为结构。要创建它们，可以使用 cvCreateMat 之类的函数，要释放它们，请使用 cvReleaseMat 之类的函数。作为一名 C++ 程序员，我创建了一个特殊的 cv_scoped 类，当它超出范围时会自动调用 cvReleaseMat（如 boost::scoped_ptr）。

我现在意识到的是，我希望我也可以在案例中使用 auto_ptr 和 shared_ptr。我只是觉得为我自己的cv_auto_ptr 和cv_shared_ptr 类编写代码将是一个坏主意，更不用说浪费时间了。所以我一直在寻找解决方案，我想出了三种可能性。

首先，我可以使用我已经创建的 cv_scoped 类。我将它重命名为cv_ptr，然后像这样使用智能指针：std::auto_ptr<cv_ptr>。不过，令人讨厌的是，我总是不得不取消引用两次：

std::auto_ptr<cv_ptr> matrix(cv_ptr(cvCreateMat(320, 240, CV_32FC3)));
cvPow(matrix.get()->get()); // one get for the auto_ptr, one for the cv_ptr

我知道我可以声明一个隐式转换，但实际上我不能 - 大多数 OpenCV 的函数都有参数 void* - 所以不会调用隐式转换。我真的很想要一种不必进行双重取消引用的方法。

第二，我可以以某种方式覆盖operator delete。我不想覆盖全局运算符 delete，因为我只希望它适用于 CvMat（和其他一些）类型。但是，我无法更改库，因此无法将 operator delete 添加到 CvMat 结构中。所以我不知道这会如何工作。

第三，我可以重写我自己的auto_ptr、scoped_ptr 和shared_ptr。他们不是大班，所以不会太难，但我只是觉得这是糟糕的设计。如果我要这样做，我可能会按照以下方式做一些事情：

class cv_auto_ptr 
public:
  cv_auto_ptr();
  ~cv_auto_ptr();

  // each method would just be a proxy for the smart pointer
  CvMat* get()  return this->matrix_.get()->get(); 
  // all the other operators/methods in auto_ptr would be the same, you get the idea

private:
  auto_ptr<cv_ptr> matrix_; // cv_ptr deletes CvMat properly

在我的情况下你会怎么做？请帮我解决这个问题。

【参考方案1】：

您可以考虑的一种方法是使用std::tr1::shared_ptr 具有提供自定义删除器的功能这一事实。我对 OpenCV 不熟悉，所以我根据您所写的内容进行推断。

struct CvMatDeleter

    void operator( CvMat* p )  cvReleaseMat( p ) ; 
;

void test()

    std::tr1::shared_ptr< CvMat > pMat( cvCreateMat(320, 240, CV_32FC3), CvMatDeleter() );
    // . . .

由于删除器存储在共享指针中，您可以正常使用它，当最终需要删除共享原始指针时，将根据需要调用cvReleaseMat。请注意，auto_ptr 和 scoped_ptr 是更轻量级的类，因此没有自定义删除器的功能，但如果您已准备好应对少量开销，则可以使用 shared_ptr 代替它们。

【讨论】：

哇，这听起来正是我所需要的，至少对于 shared_ptr 而言。谢谢！

嗯，为什么是函子？为什么不直接将 cvReleaseMat 作为删除器传递呢？

没有真正的原因；我想是习惯。在某些情况下，使用仿函数可能会更有效，因为它的主体可以在使用时内联。在这种情况下，我怀疑它有什么不同。

正确。你能详细说明函子更有效吗？我不明白为什么内联比函数指针更容易

基本上对于函数指针来说，它的类型只封装了它的签名，而仿函数的类型也封装了它的行为。在编译时，如果你是一个被赋予函数指针的函数，你必须调用它来影响它的行为，而仿函数的 operator() 可能是已知的。

【参考方案2】：

auto_ptr 真的是为 C++ 类上的 RAII 设计的，带有构造/析构函数，您在这里将它们的用途推到它们可能不应该用于（但可以）的事情上。

您是否希望能够像使用普通堆栈变量一样使用您的 C++ 对象，而无需每次都动态分配？

解决问题的标准方法是使用构造函数/析构函数创建包装器。 但是为了让 C 函数可以使用它，只需添加一个内部转换运算符，以便在传递给 C 函数时自动将自身转换回 C 对象

编写一个包装类。

class Mat

    CvMat* impl;
    public:
        Mat(/* Constructor  Arguments */)
        
            impl = cvCreateMat(/* BLAH */);
        
        ~Mat()
        
            cvReleaseMat(impl);
        
        operator CvMat*()
           // Cast opertator. Convert your C++ wrapper object into C object
            // when you use it with all those C functions that come with the
            // library.

            return impl;
        
;

void Plop(CvMat* x)
   // Some C function dealing with CvMat


int main()
                            // Don't need to dynamically allocate
    Mat                  m;  // Just create on the stack.
    Plop(m);                 // Call Plop directly

    std::auto_ptr<Mat>   mP(new Mat);
    Plop(*mP);

【讨论】：

我考虑了大约 15 分钟，我认为您可能会在这里找到最佳解决方案。与此解决方案和其他解决方案的区别是微妙但非常重要的。在接受这个答案之前，我会考虑更长的时间。

【参考方案3】：

如果您只关心异常安全，请在每次使用矩阵时都这样做：

void f() 
    try 
        CvMat* mat = cvCreateMat(320, 240, CV_32FC3));
        // ...
     catch(...) 
        cvReleaseMat(mat);
        throw;
    
    cvReleaseMat(mat);

另一方面，如果您想要一个理智的解决方案，那就加倍努力并编写一个完整的包装器。

namespace cv 

class Mat 
public:
    enum Type  /* ... */ ;
    Mat(int w, int h, Type type) 
        impl = cvCreateMat(w, h, intFromType(type));
    

    ~Mat() 
        cvReleaseMat(impl);
    

    void pow()  // wrap all operations
        cvPow(impl);
    

private:
    CvMat* impl;
;

走中间路线，使用通用智能指针和“cv_ptrs”的大杂烩听起来像是让人头疼和不必要的并发症。

【讨论】：

我明白你的意思，但我想我可能会为此寻求自己的智能指针。我认为因为有这么多不同的功能和类型，我觉得我正在重新发明***，重写他们的签名。不过谢谢！