如何生成一个 std::shared_ptr 与其控制块具有局部性但又是另一个类的集合？

Posted 2023-02-22

【中文标题】如何生成一个 std::shared_ptr 与其控制块具有局部性但又是另一个类的集合？

【英文标题】：How can I produce a std::shared_ptr that has locality with it's control block but is an aggregate of another class?

【发布时间】：2019-06-18 18:09:38

【问题描述】：

std::make_shared 在堆上生成一个控制块/对象对，只需要一次分配并保持控制块和对象靠近以帮助定位。

我想这样做，但我希望它被创建为另一个类的聚合组件。我环顾四周，但我没有看到这样的野兽。我错过了什么吗？

例如

struct Bar ;
struct Foo

  // This would allocate the control block and object Bar on
  // the heap, which is pointed at by Foo.
  std::shared_ptr<Bar> x;

  // Example that would allocate the control block and object Bar as
  // an aggregate part of Foo. local_shared_ptr is not an actual thing
  // in the stl that I can find.
  std::local_shared_ptr<Bar> y;

【问题讨论】：

如果不独立管理对象的内存位置的生命周期，您就不能拥有共享所有权。共享所有权意味着该对象将在其最后一个所有者释放它时被销毁，无论碰巧是哪个所有者。在这里，y 的生命周期永远不会超过 Foo 的生命周期，因此 Foo 拥有它的唯一所有权。编辑：我知道您希望Bar 存在于Foo 的存储中，而不是驻留在免费存储中。也许我误解了这个问题。

@Jarod42，大概就像您将 std::shared_ptr 分配给使用 std::make_shared 的一对时所做的那样，重定向控制块指针。

@FrançoisAndrieux，当然可以。如果对象被删除，那么我们会像处理std::optional 一样做一些事情，只是如果对象没有被控制块指向，就不要调用析构函数。

我担心如果保存Bar 的存储空间的Foo 被销毁，则必须立即释放该存储空间，因此您别无选择，只能销毁Bar。从这个意义上说，所有权不是共享的。 Foo 需要有权销毁 Bar，即使其他所有者仍然需要它。

@FrançoisAndrieux，嗯，好点子。我希望由包含类管理生命周期，但我想要弱指针语义。可能吗？

【参考方案1】：

我希望生命周期由包含类管理，但我希望弱指针语义。可能吗？

这些都不可能。

第一个，具有由其他对象管理的共享对象的生命周期，违反了shared_ptr作为一个类的基本目的。关键是，只要你有一个shared_ptr，它所指向的东西就会永远存在。即使使用了一个侵入式指针，如果你得到一个指向它的侵入式指针然后通过其他方式销毁它，你就违反了侵入式指针协定。

第二个不起作用，因为弱指针语义的核心是基于 控制块 的生命周期可以超过控制块管理的对象的生命周期这一事实。如果两个对象的生命周期都由一些包含对象Foo 管理，那么当Foo 被销毁时，两者都被销毁。所以控制块的生命周期在弱指针全部被销毁之前就结束了。

所以不，这不起作用。

现在是的，有一些方法可以使这样的弱指针工作，但这些方法......令人不快。它需要拥有所有此类弱指针对象的链表，并在控制块被销毁时将它们清空。但是线程安全要么变得不可能（想象在控制块被销毁时复制这样一个弱指针），要么需要对基本复制操作进行重量级互斥锁。

总的来说，你想要的根本不是std::shared_ptr 的用途。您正在寻找的是一个侵入式指针。大多数侵入性指针建议没有弱语义是有原因的。

【参考方案2】：

别名构造函数可能会有所帮助：

struct Bar ;
struct Foo

    std::shared_ptr<Bar> x;
    Bar y;
;

auto foo = std::make_shared<Foo>();
foo->x = std::make_shared<Bar>();
std::shared_ptr<Bar> pyfoo, &foo.y; // use control block of foo

【讨论】：

但这意味着有两个 Bar 对象，并且您仍然在堆上分配了控制块。