unique_ptr簡談

　　看到文章里的同學留言說到unique_ptr，這兩天看了一下cplusplus提供的reference才知道這個東西是c++11的新特性，對c++11的新特性不是很了解，花時間了解了下unique_ptr，之前有寫過auto_ptr的分析，這里就和auto_ptr對比下來看。

• unique_ptr的構造函數與auto_ptr一樣，采用explicit聲明，防止復制/拷貝時不必要的類型轉換，在定義對象時必須顯示調用初始化式，不能使用賦值操作符進行隱式轉換。
• unique_ptr同樣要重復釋放指針的可能：

  int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 2 { 3      int *p = new int(12); 4      unique_ptr<int> up(p); 5      unique_ptr<int> up2(p); 6  
       return 0; 8 }

  up析構時，已經將p指針delete，而up2析構會重復delete，出現未定義操作。auto_ptr析構函數只是單純的delete掉raw指針，而unique_ptr則可以定制自己的deleter，來指定unique_ptr析構時需要做哪些工作。默認情況下unique_ptr使用的deleter如下：

  void operator()(_Ty *_Ptr) const _NOEXCEPT 2         {    // delete a pointer
          static_assert(0 < sizeof (_Ty), 4             "can't delete an incomplete type"); 5  delete _Ptr; 6         }

  可以看出這是一個函數對象，功能很簡單，delete raw指針。開發人員可以定制自己的deleter，一個很簡單的例子：

  struct my_deleter  2 {  3     void operator()(int *p)  4  {  5         cout<<"delete point, value = "<<*p<<endl;  6  delete p;  7  }  8 };  9 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 10 { 11     unique_ptr<int, my_deleter> up(new int(12), my_deleter()); 12 
      return 0; 14 }

• auto_ptr只能托管單獨的指針，而不能用於堆上動態分配的數組。而unique_ptr則可以用於數組：

  struct Item  2 {  3      Item(){cout<<"Construct "<<endl;}  4      ~Item() {cout<<"Destruct"<<endl;}  5 };  6 int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  7 {  8      Item *par = new Item[5];  9      unique_ptr<Item[]> uparr(par); 10  
       return 0; 12 }

   在vs2012中運行上面的代碼結果如下，根據輸出中五個"Destruct"可以看出uparr對象在析構時調用了delete[]：

• auto_ptr對象可以進行拷貝和賦值，之后源對象不再擁有raw指針的所有權，轉而交給新對象托管。unique_ptr對象禁止拷貝和賦值運算，在vs2012源碼中，將拷貝構造函數和賦值操作符聲明為private，並未定義，所以如下代碼中，line5，6兩行均會導致編譯報錯：

  int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  2 {  3     int *p = new int(12);  4     unique_ptr<int> up(p);  5     unique_ptr<int> up_copy(up);  6     unique_ptr<int> up_assign;  7     up_assign = up;  8 
      return 0; 10 }

  因為此特性，猜想unique_ptr對象無法很好地與STL容器一起使用（PS：最初我以為將拷貝構造和賦值操作符私有化的類，聲明一個容器持有這種類型，這樣的代碼編譯就會報錯，編碼后才知道編譯不會報錯，調用push_back等需要拷貝或賦值的操作時，才會報錯），下面代碼中line5將會報錯：

  int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[]) 2 { 3     unique_ptr<int> up(new int(12)); 4     vector<unique_ptr<int> > vup; 5  vup.push_back(up); 6 
      return 0; 8 }

  之后了解到c++11中引入的move語義使得unique_ptr可以存放到容器中，參考這篇文章http://www.th7.cn/Program/cp/201408/267890.shtml。使用move就表示放棄對該對象的所有權，但並不對raw指針進行釋放，舉個例子：

  int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])  2 {  3     vector<unique_ptr<int, my_deleter> > vup;  4  {  5         cout<<"scope begin######################"<<endl;  6         unique_ptr<int, my_deleter> up(new int(12), my_deleter());  7  vup.push_back(move(up));  8         if(up.get() == NULL)  9             cout<<"up points NULL"<<endl; 10         cout<<"scope end######################"<<endl; 11  } 12     cout<<"outer######################"<<endl; 13 
      return 0; 15 }

  根據下面的輸出可以驗證，在局部對象up經過move函數調用后，失去了對raw指針的所有權（line9），並未釋放raw指針，之后如果誤用了up對象，會導致undefine行為：

  

  這里需要注意的是，此處move函數調用了unique_ptr的move語意拷貝構造函數（不知道c++11是否這么稱呼……），注意形參類型為unique_ptr&&

  unique_ptr(unique_ptr&& _Right) _NOEXCEPT 2  : _Mybase(_Right.release(), 3             _STD forward<_Dx>(_Right.get_deleter())) 4         {    // construct by moving _Right
          }

  這里確實沒有調用deleter，進行raw指針的釋放。forward函數同樣是c++11里的語法，表示”接受一個參數，然后返回該參數本來所對應的類型的引用”。

 

　　目前對unique_ptr的了解就到這里，不算太深，可以看出unique_str的功能比auto_ptr更為強大，它支持托管堆上分配的數組，支持定制deleter，並且可以通過move語意使unique_ptr對象與容器兼容，但仍然有一些不足，比如重復釋放，使用move語意之后源對象失去了對raw指針的管理權，再次使用會出現undefine行為。要避免這些情況，除了使用時要注意之外，最好的辦法還是使用帶有引用計數功能的智能指針。