一些 std::unique_ptr 使用和“陷阱”

Posted 2023-02-14

【中文标题】一些 std::unique_ptr 使用和“陷阱”

【英文标题】：Some std::unique_ptr uses and "gotchas"

【发布时间】：2013-07-30 11:34:26

【问题描述】：

C++11 std::unique_ptr 有哪些用途和陷阱？

我也可以使用std::unique_ptr 来存储动态分配的数组吗？

我可以将std::unique_ptr 也用于使用自定义删除机制的资源吗？

【参考方案1】：

让我们以问答的形式整理一些用途和陷阱。

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Q1：我想在我的类X 中存储一个指向类Component 的指针。 我不希望“容器”类X 是可复制的； X 是 Component 实例的唯一所有者。 我知道 拥有 raw 指针是一件坏事，并且“泄漏”的潜在来源（而不是 观察 原始指针很好）。 我可以为此使用什么智能指针？

A1： C++11 的 std::unique_ptr 无疑是一个不错的选择。

在唯一（非共享）所有权的情况下很好，并且没有std::shared_ptr的开销。 它是以前 C++98/03 boost::scoped_ptr 的绝佳替代品。 事实上，除此之外，std::unique_ptr 还提供了移动语义。 因此，如果类 X 包含 unique_ptr<Component> 数据成员（和其他可移动数据成员），则整个类 X 将自动移动。

下面是一个使用示例：

#include <memory> // for std::unique_ptr

class X

    std::unique_ptr<Component> m_pComponent;
    ....

public:
    X()
        : m_pComponent( new Component() )
    
        ....
    

（当然，作为一个智能指针，没有必要在包含的类析构函数中显式删除它。）

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Q2：太好了！无需显式析构函数，无需 std::shared_ptr 开销（典型的 C++ 哲学：“我们不为不使用的东西付费”），移动已经实现的语义机制！ 但是，我有一个问题：我的类Component 有一个构造函数重载，它需要在创建Component 实例之前在构造函数代码中计算一些参数。我尝试在构造函数中使用普通的operator= 赋值将新创建的Component 分配给unique_ptr，但我收到一条错误消息：

X::X()

    ....

    const int param = CalculateCoolParameter();

    // This assignment fails:
    m_pComponent = new Component(param); // <---- Error pointing to '=' here
                 ^--- error

A2： 好的，您可能已经预料到operator= 重载会释放以前拥有的 指针（如果有）并分配给新创建的指针。 不幸的是，没有这样的过载。 但是，std::unique_ptr::reset() 方法可以！

m_pComponent.reset( new Component(param) );

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Q3：嘿！这个unique_ptr 真的很酷！ 我喜欢它的智能、可自动移动且不会带来开销的事实。 所以，我想用它来存储一个 动态分配的数组 一些恒定大小（在运行时计算）而不是使用 std::vector （在这部分代码中我受到高度限制而且我不想支付std:vector 开销，因为我不想要所有std::vector 动态调整大小功能、深拷贝等）。

我尝试过这样的事情：

const size_t count = GetComponentsCount();
unique_ptr<Component> components( new Component[count] );

它编译得很好，但我注意到~Component 析构函数只被调用一次，而不是我期望count 析构函数调用！这里出了什么问题？

A3： 问题在于，在上面的语法中，std::unique_ptr 使用delete 来释放分配的对象。但由于这些是使用new[] 分配的，因此正确的清理调用是delete[]（不是简单的不带括号的delete）。

要解决这个问题并指示unique_ptr 正确使用delete[] 来释放资源，必须使用以下语法：

unique_ptr<Component[]> components( new Components[count] ); 
//                  ^^
//
// Note brackets "[]" after the first occurrence of "Component" 
// in unique_ptr template argument.
//

---

Q4：太好了！但是在资源释放代码不是使用普通 C++ delete（或delete[]）执行的情况下，我是否也可以使用unique_ptr，而是使用一些自定义清理功能，例如@987654362 @ 用于 C <stdio.h> 文件（使用 fopen() 打开），或 CloseHandle() 用于 Win32 文件 HANDLEs（使用 CreateFile() 创建）？

A4：这绝对有可能：您可以为std::unique_ptr 指定一个自定义删除器。

例如：

// 
// Custom deleter function for FILE*: fclose().
//
std::unique_ptr<FILE,          // <-- the wrapped raw pointer type: FILE*
                int(*)(FILE*)> // <-- the custom deleter type: fclose() prototype
myFile( fopen("myfile", "rb"), // <-- resource (FILE*) is returned by fopen()
        fclose );              // <-- the deleter function: fclose()



//
// Custom deleter functor for Win32 HANDLE: calls CloseHandle().
//
struct CloseHandleDeleter

    // The following pointer typedef is required, since
    // the raw resource is HANDLE (not HANDLE*).
    typedef HANDLE pointer;

    // Custom deleter: calls CloseHandle().
    void operator()(HANDLE handle) const
    
        CloseHandle(handle);
    
;

std::unique_ptr<HANDLE, CloseHandleDeleter> myFile( CreateFile(....) );  

【讨论】：

FWIW，你为不使用的矢量特征支付什么费用？ （提示：没有）

至少从内存占用来看，std::vector 可以使用 3 个指针，而不是 unique_ptr 只需一个。

A2：如果可能的话，一个更好的解决方案是有一个方法进行计算并返回 std::unique_ptr ，然后在初始化列表中使用它。

我还没卖掉 :( 我无法想象有几个额外的指针是不行的，但是分配所有这些数组就可以了。

如果你有一个 10,000x10,000 的矩阵，每个元素都是一个动态分配的数组，每个 vector 有 8 个字节的开销（如果与 unique_ptr 相比，有 2 个额外的指针），所以总开销是800,000,000 字节，即大约 760MB。