将 const std::unique_ptr 用于 pimpl 习惯用法

Posted 2023-02-17

【中文标题】将 const std::unique_ptr 用于 pimpl 习惯用法

【英文标题】：Using const std::unique_ptr for pimpl idiom

【发布时间】：2016-09-26 13:00:06

【问题描述】：

在Herb Sutter's talk at CppCon16 中，他建议用const std::unique_ptr 编写pimpl idiom（大约10 分钟）。

这应该如何与移动构造函数/赋值一起使用？ c ++ 17中有什么东西吗？我找不到任何东西。

【问题讨论】：

为什么你不希望你的大多数 pimpl 类是可移动的？这似乎是一件非常合理的事情。

@DenisYaroshevskiy 只能假设他有一个特定的用例。一般来说，我同意使用unique_ptr作为pimpl 的容器。如果您希望它是可复制的，那么您当然必须通过克隆操作来实现它。

刚看了视频的相关部分，我不同意他的观点。我认为对于大多数 pimpl 句柄来说，const unique_ptr 很快就会成为一个限制。

@RichardHodges - 萨特是对的。如果你复制一个带有 pimpl 的类，如果 pimpl 是 shared_ptr，你或者有两个具有相同 pimpl 的对象，或者如果 pimpl 是 unique_ptr，则一个没有 pimpl 的对象。这打破了一个对象的合同，一个粉刺。另一方面，带有const pimpl 的对象仍然可以移动。

@SamVarshavchik 我看不出const unique_ptr 是如何移动的。没有const unique_ptr&& 构造函数。如果您可以提供示例代码，我会很感兴趣。我认为您必须编写一个移动构造函数来移动实现。这仍然使一个对象处于未定义状态。值得注意的是，他没有提供const unique_ptr-as-pimpl (non)-idiom 的用例。 Herb 是个聪明人，但他不一定是我会盲目追随的人。

【参考方案1】：

如果您的类应该是永不为空的，那么非常量的唯一 ptr（具有默认移动/分配）是不合适的。 move ctor 和 move assign 都会清空 rhs。

一个 const unique ptr 将禁用这些自动方法，如果你想移动，你必须在 impl 中编写它（并在外面有点胶水）。

我会亲自编写一个具有我想要的语义的值 ptr（然后让编译器编写胶水），但是从 const unique_ptr 开始作为第一遍听起来是合理的。

如果你放宽永不为空，让它几乎永不为空，你现在必须推理很多方法的前提条件，以及可能的连锁错误。

这种技术的最大成本，即返回值的困难，在 C++17 中消失了。

【讨论】：

如果你从一个对象中移出，它应该处于部分形成状态，所以它只能被分配和破坏，所以移动构造函数/赋值不会破坏你的 not_null 保证。如果你愿意，你可以从 gsl 想出类似 not_null 之类的东西来包装它。

@DenisYaroshevskiy 不，它处于您愿意保证的任何状态？它不是“应该处于部分形成的状态”，除非这是您选择 来保证的。一种选择是几乎从不为空，并且只有在移出后才为空。这是一种选择，它有成本和收益。不应该忽视从永不空到几乎永不空的成本。同上从几乎从不空到从不空的成本。永不为空更容易保证正确性，偏向于更经常正确的代码而不是更快的代码通常是一个好主意。

@Yakk 即使移动的对象“从不为空”，在移动后使用它也是一种强烈的代码气味。我认为，pimpl 指针检查后跟断言/异常比允许人们依赖处于“默认”状态的移动对象更可取。当由于不可避免的任务蔓延而无法再满足保证时，这是一场灾难。我什至会说这是一种反模式，与std::move 的精神背道而驰。

@RichardHodges 有时空类型肯定是灾难，因为您会在可能为空的上下文中意外使用它们。防止这种情况很难。您可以修复它，但只能通过广泛而全面的 QA（如果您假设完美的 QA，那么没有任何代码是“危险的”）。通过使用const unique ptr，您的对象将无法移动，并且不会发生此问题。通过使用特定的never_empty_ptr，您的代码不能为空，并且不会出现此问题。另一方面，将永不为空的状态手动滚动到类中可能是个坏主意。

@Yakk 如果阻止使用移出对象很难（对于给定的团队？），那么这就要求对一个（可能是不合格的）开发人员强制“不使用std::move”约束.当然，所有优秀的人一旦找到更好的工作就会离开，但你会得到“永不空虚”的保证，同时仍然允许其他团队编写高效的代码。我很难想象这个成语的合理用例。它一口气消除了从 c++03 升级到 c++11 所提供的实用程序和性能的 90% 的巨大增长。

【参考方案2】：

这假设如何与移动构造函数/赋值一起使用？

Move constructors:

如果满足以下任一条件，则为类 T 隐式声明或默认的移动构造函数定义为已删除：

T 具有无法移动的非静态数据成员（已删除、无法访问或不明确的移动构造函数）

const std::unique_ptr 是这样一个数据成员，因为const。

如果const 被删除，编译器会生成移动构造函数和赋值，但不会生成复制构造函数。

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Herb 解释了他为什么使用const unique_ptr：

非 const 也可以工作，但它更脆弱，因为默认的移动语义可能不正确。

const 成员更健壮，因为const 成员必须在构造函数中初始化。而const 说明对象的实现并没有改变，它不是State 或Strategy 设计模式。

【讨论】：

那么在这种情况下是否必须实现一个复制构造函数？

@vordhosbn 如果有必要的话。

没错，但我的问题是关于移动构造/分配。使用普通的 unique_ptr 而不是 const 将保持移动构造/分配的活力和良好，同时声明它 const 禁止它。我曾经认为 const 数据成员是一种不好的做法（因为这个问题），但显然 Herb Sutter 不这么认为。我想知道为什么。

我的观点与萨特先生相反。 std::move 在std::unique_ptr 上的默认行为是绝对正确的，也是我们想要的——有效的状态转移，使移动的句柄处于非常明确的状态——“无效，请勿触摸”。明确禁用移动是一回事（人们可能想知道其动机）。通过神秘地使用 const 来禁用它们在我看来就像是在开玩笑。

对我来说，最重要的是通过构造来表达生命周期，并获得正确的默认值（在这种情况下，默认情况下没有脆性移动）。您可以自己编写复制和移动操作，例如MyClass& operator=(const MyClass& that) *pimpl = *that.pimpl; return *this; 。 Impl 类仍然可以复制甚至移动，您可以委托给它。当然，这只能让你完成 95% 的工作，而且你也可以编写自己的 value_ptr 类型来自动执行深层复制/移动。