什么时候使用哪种指针？

Question

好吧，上次我以编写 C++ 为生时，std::auto_ptr 是所有可用的 std 库，而 boost::shared_ptr 则风靡一时。我从未真正研究过 boost 提供的其他智能指针类型。据我所知，C++11 现在提供了 boost 提出的一些类型，但不是全部。

那么有人有一个简单的算法来确定何时使用哪个智能指针吗？最好包括有关哑指针（原始指针，如 T*）和其余 boost 智能指针的建议。 （像这个这样的东西会很棒）。

Answer 1

共享所有权：
采用的标准的 shared_ptr 和 weak_ptr 与它们的 增强对应项。当您需要共享资源并且不知道哪个资源将是最后一个存活时，请使用它们。使用weak_ptr来观察共享资源而不影响其生命周期，不破坏循环。通常不会发生带有 shared_ptr 的循环 - 两个资源不能互相拥有。

请注意，Boost还提供shared_array，这可能是 shared_ptr 的合适替代方案。常量>。

接下来，Boost 提供 intrusive_ptr，如果您的资源已经提供引用计数管理并且您希望将其采用 RAII 原则，那么这是一个轻量级解决方案。该标准未采用该标准。

独特的所有权：
Boost 还有一个 scoped_ptr，不可复制且无法为其指定删除程序。 std::unique_ptr 是 boost::scoped_ptr 的增强版，并且应该是您当您需要智能指针时的默认选择。它允许您在其模板参数中指定删除器，并且是可移动的，这与 boost::scoped_ptr 不同。只要您不使用需要可复制类型的操作（显然），它也可以在 STL 容器中完全使用。

再次注意，Boost 有一个数组版本： scoped_array< /code>，该标准通过要求 std::unique_ptr 部分专业化来统一delete[] 指针而不是delete它（使用default_deleter）。 std::unique_ptr 还提供 operator[] 而不是 operator* 和 operator->代码>.

请注意，std::auto_ptr 仍在标准中，但已被弃用。
§D.10 [depr.auto.ptr]

类模板 auto_ptr 已弃用。 [ 注意： 类模板 unique_ptr (20.7.1) 提供了更好的解决方案。 —尾注]

无所有权：
当您知道资源将比引用对象/作用域活得更久时，请使用哑指针（原始指针）或对资源的非拥有引用。当您需要可空性或可重置性时，首选引用并使用原始指针。

如果您想要对资源进行非拥有引用，但您不知道该资源是否会比引用它的对象寿命更长，请将资源打包在 shared_ptr 中并使用 weak_ptr< /code> - 您可以使用 lock 测试父 shared_ptr 是否处于活动状态，如果资源存在，它将返回非 null 的 shared_ptr仍然存在。如果想测试资源是否已失效，请使用expired。两者听起来很相似，但在并发执行时却有很大不同，因为 expired 仅保证该单个语句的返回值。像这样看似无辜的测试

if(!wptr.expired())
  something_assuming_the_resource_is_still_alive();

是潜在的竞争条件。

Answer 2

决定使用什么智能指针是一个所有权问题。在资源管理方面，如果对象 A 控制着对象 B 的生命周期，则它拥有对象 B。例如，成员变量由其各自的对象拥有，因为成员变量的生命周期是绑定的到对象的生命周期。您可以根据对象的拥有方式来选择智能指针。

请注意，软件系统中的所有权与所有权是分开的，因为我们会在软件之外考虑它。例如，一个人可能“拥有”他们的家，但这并不一定意味着 Person 对象可以控制 House 对象的生命周期。将这些现实世界的概念与软件概念混为一谈，肯定会让自己陷入困境。

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如果您拥有该对象的唯一所有权，请使用 std::unique_ptr。

如果您共享该对象的所有权...
- 如果所有权没有循环，请使用 std::shared_ptr。
- 如果存在循环，请定义一个“方向”，并在一个方向上使用 std::shared_ptr ，在另一个方向上使用 std::weak_ptr 。

如果该对象拥有您，但有可能没有所有者，请使用普通指针T*（例如父指针）。

如果该对象拥有您（或以其他方式保证存在），请使用引用T&。

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警告：请注意智能指针的成本。在内存或性能有限的环境中，仅使用普通指针和更手动的内存管理方案可能会很有帮助。

成本：

• 如果您有自定义删除器（例如，您使用分配池），那么这将产生每个指针的开销，这可以通过手动删除轻松避免。
• std::shared_ptr 具有复制时引用计数递增的开销，加上销毁时递减的开销，然后进行 0 计数检查并删除所持有的对象。根据实现的不同，这可能会使您的代码变得臃肿并导致性能问题。
• 编译时间。与所有模板一样，智能指针会对编译时间产生负面影响。

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示例：

struct BinaryTree
{
    Tree* m_parent;
    std::unique_ptr<BinaryTree> m_children[2]; // or use std::array...
};

二叉树不拥有其父级，但树的存在意味着其父级的存在（或根的 nullptr），因此使用普通指针。二叉树（具有值语义）对其子树拥有唯一的所有权，因此它们是 std::unique_ptr。

struct ListNode
{
    std::shared_ptr<ListNode> m_next;
    std::weak_ptr<ListNode> m_prev;
};

在这里，列表节点拥有其下一个和上一个列表，因此我们定义一个方向，并使用 shared_ptr 表示 next 并使用 weak_ptr 表示 prev 来打破循环。

Answer 3

始终使用 unique_ptr，除非需要引用计数，在这种情况下使用 shared_ptr（对于极少数情况，使用 weak_ptr ; 以防止引用循环）。几乎在所有情况下，可转让的独特所有权就可以了。

原始指针：仅当您需要协变返回时才有效，这种情况可能会发生非拥有指向。否则它们并不是很有用。

数组指针：unique_ptr 对 T[] 有专门化，它会自动对结果调用 delete[]，因此您可以安全地执行 unique_ptr; p(new int[42]); 例如。 shared_ptr 您仍然需要自定义删除器，但不需要专门的共享或唯一数组指针。当然，无论如何，这些东西通常最好用 std::vector 替换。不幸的是，shared_ptr不提供数组访问函数，因此您仍然需要手动调用get()，但是unique_ptr code> 提供 operator[] 而不是 operator* 和 operator->。无论如何，你必须自我检查。这使得 shared_ptr 的用户友好性稍差，尽管可以说通用优势和无 Boost 依赖性使 unique_ptr 和 shared_ptr 再次成为赢家。

作用域指针：通过 unique_ptr 变得无关紧要，就像 auto_ptr 一样。

真的没有什么更多的了。在没有移动语义的 C++03 中，这种情况非常复杂，但在 C++11 中，建议非常简单。

其他智能指针仍然有用途，例如 intrusive_ptr 或 interprocess_ptr。然而，它们非常小众，并且在一般情况下完全没有必要。

Answer 4

何时使用 unique_ptr 的情况：

• 工厂方法
• 作为指针的成员（包括 pimpl）
• 将指针存储在 stl 容器中（以避免移动）
• 使用大型本地动态对象

何时使用 shared_ptr< /code>：

• 跨线程共享对象
• 一般

情况下共享对象 何时使用 weak_ptr 的情况：

• 一般参考的大地图（例如所有打开的套接字的地图）

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