空别名 shared_ptr 是无操作删除 shared_ptr 的一个很好的替代方案吗？

Posted 2023-02-16

【中文标题】空别名 shared_ptr 是无操作删除 shared_ptr 的一个很好的替代方案吗？

【英文标题】：Is an empty aliasing shared_ptr a good alternative to a no-op deleting shared_ptr?

【发布时间】：2015-07-26 12:19:09

【问题描述】：

有时我需要具有无操作删除器的 shared_ptr 实例，因为 API 需要一个 shared_ptr 实例，它想在有限的时间内存储它，但我得到了一个我不允许拥有的原始指针比我要争取的时间更长。

对于这种情况，我一直在使用无操作删除器，例如[](const void *)，但今天我发现还有另一种替代方法，使用（或滥用？）aliasing constructor 的shared_ptr：

void f(ExpectedClass *ec) 
   std::shared_ptr<ExpectedClass> p(std::shared_ptr<void>(), ec);
   assert(p.use_count() == 0 && p.get() != nullptr);
   apiCall(p);

我的问题是，有什么更好的方法来做到这一点，为什么？性能预期是否相同？对于无操作删除器，我希望为删除器和引用计数的存储支付一些成本，而在使用带有空 shared_ptr 的别名构造函数时似乎并非如此。

【问题讨论】：

是的，在 [util.smartptr.shared.const]/16 中有一个注释提到了这个奇怪的地方。恕我直言，这是您可以使用非空shared_ptr 存储空值（shared_ptr<T>((T*)nullptr)）这一事实的必然结果。可能有点令人困惑，但有效。这种用法的一个问题是p 的副本不与它共享所有权，因为它们都不拥有任何东西。这对于希望检查对象共享所有权（通过owner_less）的某些用途可能很重要，但对于您描述的用途可能不是问题。

@JonathanWakely 感谢您的留言。它之前的注释/15）让我感到困惑。为什么用户必须确保p 一直有效，直到r 的所有权组在shared_ptr<>(r, p) 中被销毁？我认为这是shared_ptr 的业务。如果我只是将它存储起来，别名指针将始终有效，因为它可以防止 r 的所有权组被破坏，以便用户可以“复制并忘记”它，还是我错过了什么？

啊，我明白它的意思了。如果p 的生命周期不绑定r 的生命周期（这是允许的），那么r 的生命周期并不意味着p 的生命周期，那么用户必须保证这一点。

别名构造函数是noexcept，shared_ptr的默认ctor也是如此。没有内存分配。

@JohannesSchaub-litb，是的，我相信结果是等价的。对于第一个问题，您的后续评论完全正确。考虑struct A int i; ; void foo() auto p1 = make_shared<A>(); shared_ptr<int> p2(p1, p1->i); int i; shared_ptr<int> p3(p1, i); return p3; ，这里p2 满足该要求，只要p1 的所有权组有效，p1->i 就有效，但p3 不满足该要求，局部变量i 之前超出范围所有权组的使用计数达到零，导致 *foo() 未定义行为。这就是 /15 中的注释的意思。

【参考方案1】：

关于性能，以下基准显示不稳定的数据：

#include <chrono>
#include <iostream>
#include <limits>
#include <memory>

template <typename... Args>
auto test(Args&&... args) 
    using clock = std::chrono::high_resolution_clock;
    auto best = clock::duration::max();

    for (int outer = 1; outer < 10000; ++outer) 
        auto now = clock::now();

        for (int inner = 1; inner < 20000; ++inner)
            std::shared_ptr<int> sh(std::forward<Args>(args)...);

        auto time = clock::now()-now;
        if (time < best) 
            best = time;
            outer = 1;
        
    

    return best.count();


int main()

    int j;

    std::cout << "With aliasing ctor: " << test(std::shared_ptr<void>(), &j) << '\n'
              << "With empty deleter: " << test(&j, [] (auto) );

在我的机器上输出clang++ -march=native -O2:

With aliasing ctor: 11812
With empty deleter: 651502

具有相同选项的 GCC 提供了更大的比率，5921:465794。 而带有-stdlib=libc++ 的 Clang 产生了惊人的 12:613175。

【讨论】：

事实上，使用 libc++，shared_ptr 部分在使用别名 hack 时被完全优化掉：coliru.stacked-crooked.com/a/84b6d94a03d180b5

@JohannesSchaub-litb ...它发出的语言是什么？

它是转换为 x86 程序集之前的中间语言 (LLVM IR)。我发现更容易卡住，尤其是循环，因为它仍然是 SSA 形式。

区别在于第一个不分配新内存（它只存储一个指向已经存在的控制块的指针），而第二个每次创建共享指针时分配一个新的控制块。跨度>

@IlyaPopov 不，默认构造一个 shared_ptr 不会分配任何东西。

【参考方案2】：

快速长凳与

#include <memory>

static void aliasConstructor(benchmark::State& state) 
  for (auto _ : state) 
    int j = 0;
    std::shared_ptr<int> ptr(std::shared_ptr<void>(), &j);
    benchmark::DoNotOptimize(ptr);
  


BENCHMARK(aliasConstructor);

static void NoOpDestructor(benchmark::State& state) 
  for (auto _ : state) 
    int j = 0;
    std::shared_ptr<int> ptr(&j, [](int*));
    benchmark::DoNotOptimize(ptr);
  


BENCHMARK(NoOpDestructor);

给予

a ratio of 1/30 for gcc 10.2 a ratio of 1/25 for clang 11 libc++

所以别名构造函数获胜。