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

Интеллектуальный указатель std::unique_ptrимеет две разновидности: одну — для индивидуальных объектов ( std::unique_ptr), а другую — для массивов ( std::unique_ptr). В результате никогда не возникает неясность в том, на какую сущность указывает std::unique_ptr. API std::unique_ptrразработан так, чтобы соответствовать используемой разновидности. Например, в случае указателя для одного объекта отсутствует оператор индексирования ( operator[]), в то время как в случае указателя для массива отсутствуют операторы разыменования ( operator*и operator->).

Существование std::unique_ptrдля массивов должно представлять только интеллектуальный интерес, поскольку std::array, std::vectorи std::stringпочти всегда оказываются лучшим выбором, чем встроенные массивы. Я могу привести только одну ситуацию, когда std::unique_ptrимеет смысл — при использовании С-образного API, который возвращает встроенный указатель на массив в динамической памяти, которым вы будете владеть.

Интеллектуальный указатель std::unique_ptrпредставляет собой способ выражения исключительного владения на С++11, но одной из наиболее привлекательных возможностей является та, что его можно легко и эффективно преобразовать в std::shared_ptr:

std::shared_ptrsp = // Конвертация std: :unique_ptr

makeInvestment( arguments ); // в std::shared_ptr

Это ключевой момент, благодаря которому std::unique_ptrнастолько хорошо подходит для возвращаемого типа фабричных функций. Фабричные функции не могут знать, будет ли вызывающая функция использовать семантику исключительного владения возвращенным объектом или он будет использоваться совместно (т.e. std::shared_ptr). Возвращая std::unique_ptr, фабрики предоставляют вызывающим функциям наиболее эффективный интеллектуальный указатель, но не мешают им заменить этот указатель более гибким. (Информация об интеллектуальном указателе std::shared_ptrприведена в разделе 4.2.)

• std::unique_ptrпредставляет собой маленький, быстрый, предназначенный только для перемещения интеллектуальный указатель для управления ресурсами с семантикой исключительного владения.

• По умолчанию освобождение ресурсов выполняется с помощью оператора delete, но могут применяться и пользовательские удалители. Удалители без состояний и указатели на функции в качестве удалителей увеличивают размеры объектов std::unique_ptr.

• Интеллектуальные указатели std::unique_ptrлегко преобразуются в интеллектуальные указатели std::shared_ptr.

Программисты на языках программирования со сборкой мусора показывают пальцами на программистов на С++ и смеются над ними, потому что те озабочены предотвращением утечек ресурсов. “Какой примитив! — издеваются они. — Вы что, застряли в 1960-х годах и в Lisp? Управлять временем жизни ресурсов должны машины, а не люди”. Разработчики на С++ не остаются в долгу: “Вы имеете в виду, что единственным ресурсом является память, а время освобождения ресурса должно быть принципиально неопределимо? Спасибо, мы предпочитаем обобщенность и предсказуемость деструкторов!” Впрочем, в нашей браваде есть немного бахвальства. Сборка мусора в действительности достаточно удобна, а управление временем жизни вручную действительно может показаться похожим на создание микросхем памяти из шкуры медведя с помощью каменных ножей. Почему же не получается взять лучшее из двух миров — систему, которая работает автоматически (как сборка мусора) и к тому же применима ко всем ресурсам и имеет предсказуемое время выполнения (подобно деструкторам)?

Интеллектуальный указатель std::shared_ptrпредставляет собой способ, которым С++11 объединяет эти два мира. Объект, доступ к которому осуществляется через указатели std::shared_ptr, имеет время жизни, управление которым осуществляется этими указателями посредством совместного владения . Никакой конкретный указатель std::shared_ptrне владеет данным объектом. Вместо этого все указатели std::shared_ptr, указывающие на него, сотрудничают для обеспечения гарантии, что его уничтожение произойдет в точке, где он станет более ненужным. Когда последний указатель std::shared_ptr, указывающий на объект, прекратит на него указывать (например, из-за того, что этот std::shared_ptrбудет уничтожен или перенаправлен на другой объект), этот std::shared_ptrуничтожит объект, на который он указывал. Как и в случае сборки мусора, клиентам не надо самим беспокоиться об управлении временем жизни объектов, на которые они указывают, но, как и при работе с деструкторами, время уничтожения объекта оказывается строго определенным.

Указатель std::shared_ptrможет сообщить, является ли он последним указателем, указывающим на ресурс, с помощью счетчика ссылок, значения, связанного с ресурсом и отслеживающего, какое количество указателей std::shared_ptrуказывает на него. Конструкторы std::shared_ptrувеличивают этот счетчик (обычно увеличивают — см. ниже), деструкторы std::shared_ptrуменьшают его, а операторы копирующего присваивания делают и то, и другое. (Если sp1и sp2являются указателями std::shared_ptr, указывающими на разные объекты, присваивание “ sp1 = sp2;” модифицирует sp1так, что он указывает на объект, на который указывает sp2. Конечным результатом присваивания является то, что счетчик ссылок для объекта, на который изначально указывал sp1, уменьшается, а значение счетчика для объекта, на который указывает sp2, увеличивается.) Если std::shared_ptrпосле выполнения декремента видит нулевой счетчик ссылок, это означает, что на ресурс не указывает больше ни один std::shared_ptr, так что наш интеллектуальный указатель освобождает этот ресурс.

Наличие счетчиков ссылок влияет на производительность.

• Размер std::shared_ptrв два раза больше размера обычного указателя, поскольку данный интеллектуальный указатель содержит обычный указатель на ресурс и другой обычный указатель на счетчик ссылок [12] Стандарт не требует использования именно такой реализации, но все известные мне реализации стандартной библиотеки поступают именно так .

• Память для счетчика ссылок должна выделяться динамически. Концептуально счетчик ссылок связан с объектом, на который он указывает, однако сам указываемый объект об этом счетчике ничего не знает. В нем нет места для хранения счетчика ссылок. (Приятным следствием этого является то, что интеллектуальный указатель std::shared_ptrможет работать с объектами любого типа (в том числе встроенных типов).) В разделе 4.4 поясняется, что можно избежать стоимости динамического выделения при создании указателя std::shared_ptrс помощью вызова std::make_shared, однако имеются ситуации, когда функция std::make_sharedнеприменима. В любом случае счетчик ссылок хранится в динамически выделенной памяти.