Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

Интеллектуальный указатель std::auto_ptrявляется устаревшим указателем, доставшимся в наследство от С++98. Попытка его стандартизации привела к тому, что в С++11 он превратился в std::unique_ptr. Правильное выполнение некоторых работ требовало семантики перемещения, которой не было в С++98. В качестве обходного пути был придуман интеллектуальный указатель std::auto_ptr, который превращал операцию копирования в перемещение. Это приводило к удивительному коду (копирование std::auto_ptrпревращало его в нулевой указатель!) и к разочаровывающим ограничениям при использовании (например, было нельзя хранить std::auto_ptrв контейнерах).

Интеллектуальный указатель std::unique_ptrделает все то же, что и std::auto_ptr, плюс еще кое-что. Он делает это максимально эффективно и безо всяких искажений понятия копирования объекта. Он во всех отношениях лучше std::auto_ptr. Единственный случай обоснованного применения std::auto_ptr— необходимость компиляции кода компилятором С++98. Если у вас нет такого ограничения, вы должны заменять std::auto_ptrуказателем std::unique_ptr.

API интеллектуальных указателей на удивление разнообразны. Практически единственной общей для всех них функциональностью является наличие конструктора по умолчанию. Поскольку найти описание этих API несложно, я сосредоточусь на информации, которой часто недостает в описаниях API, например заслуживающие внимания способы применения, анализ стоимости времени выполнения и т.п. Освоение такой информации может оказаться существенным для разницы между простым использованием интеллектуальных указателей и их эффективным использованием.

Когда вы обращаетесь к интеллектуальным указателям, обычно ближе других под рукой должен находиться std::unique_ptr. Разумно предположить, что по умолчанию std::unique_ptrимеет тот же размер, что и обычный указатель, и для большинства операций (включая разыменования) выполняются точно такие же команды. Это означает, что такие указатели можно использовать даже в ситуациях, когда важны расход памяти и процессорного времени. Если встроенные указатели для вас достаточно малы и быстры, то почти наверняка такими же будут для вас и указатели std::unique_ptr.

Интеллектуальные указатели std::unique_ptrвоплощают в себе семантику исключительного владения . Ненулевой std::unique_ptrвсегда владеет тем, на что указывает. Перемещение std::unique_ptrпередает владение от исходного указателя целевому. (Исходный указатель при этом становится нулевым.) Копирование std::unique_ptrне разрешается, так как если вы можете копировать std::unique_ptr, то у вас будут два std::unique_ptr, указывающих на один и тот же ресурс, и каждый из них будет считать, что именно он владеет этим ресурсом (а значит, должен его уничтожить). Таким образом, std::unique_ptrявляется только перемещаемым типом . При деструкции ненулевой std::unique_ptrосвобождает ресурс, которым владеет. По умолчанию освобождение ресурса выполняется с помощью оператора delete, примененного ко встроенному указателю в std::unique_ptr.

Обычное применение std::unique_ptr— возвращаемый тип фабричных функций для объектов иерархии. Предположим, что у нас имеется иерархия типов инвестиций (например, акции, облигации, недвижимость и т.п.) с базовым классом Investment.

class Investment { … } ;

class Stock:

public Investment { … };

class Bond:

public Investment { … };

class RealEstate:

public Investment { … };

Фабричная функция для такой иерархии обычно выделяет объект в динамической памяти и возвращает указатель на него, так что за удаление объекта по завершении работы с ним отвечает вызывающая функция. Это в точности соответствует интеллектуальному указателю std::unique_ptr, поскольку вызывающий код получает ответственность за ресурс, возвращенный фабрикой (т.e. исключительное владение ресурсом), и std::unique_ptrавтоматически удаляет то, на что указывает, при уничтожении указателя std::unique_ptr. Фабричная функция для иерархии Investmentможет быть объявлена следующим образом:

template // Возвращает std::unique_ptr

std::unique_ptr // на объект, созданный из

makeInvestment(Ts&&... params); // данных аргументов

Вызывающий код может использовать возвращаемый std::unique_ptrкак в одной области видимости,

{

…

auto pInvestment = // pInvestment имеет тип

makeInvestment(arguments); // std::unique_ptr

} // Уничтожение *pInvestment

так и в сценарии передачи владения, таком, как когда std::unique_ptr, возвращенный фабрикой, перемещается в контейнер, элемент контейнера впоследствии перемещается в член-данные объекта, а этот объект позже уничтожается. Когда это происходит, член-данные std::unique_ptrобъекта также уничтожается, что приводит к освобождению ресурса, полученного от фабрики. Если цепочка владения прерывается из-за исключения или иного нетипичного потока управления (например, раннего возврата из функции или из-за breakв цикле), для std::unique_ptr, владеющего ресурсом, в конечном итоге вызывается деструктор [11] Из этого правила есть несколько исключений. Большинство из них обусловлено аварийным завершением программы. Если исключение выходит за пределы основной функции потока (например, main в случае начального потока программы) или если нарушена спецификация noexcept (см. раздел 3.8), локальные объекты могут не быть уничтожены; они, определенно, не уничтожаются, когда вызывается функция std::abort или функция выхода (т.e. std::_Exit , std::exit или std::quick_exit ). , и тем самым освобождается захваченный ресурс.

По умолчанию это освобождение выполняется посредством оператора delete, но в процессе конструирования объект std::unique_ptrможно настроить для использования пользовательских удалителей (custom deleters): произвольных функций (или функциональных объектов, включая получающиеся из лямбда-выражений), вызываемых для освобождения ресурсов. Если объект, созданный с помощью makeInvestment, не должен быть удален непосредственно с помощью delete, а сначала должна быть внесена запись в журнал, makeInvestmentможно реализовать следующим образом (пояснения приведены после кода, так что не беспокойтесь, если вы увидите что-то не совсем очевидное для вас).

auto delInvmt = [](Investment* pInvestment) // Пользовательский

{ // удалитель.

makeLogEntry(pInvestment); // (Лямбда-выражение)

delete pInvestment;

};

template // Исправленный:

std::unique_ptr// возвращаемый тип