c++ - 是否有可能/希望创建不可复制的共享指针模拟（以启用 weak

问题描述

问题：Unique_ptrs 很好地表达了所有权，但无法让 weak_ptrs 跟踪它们的对象生命周期。shared_ptrs 可以被weak_ptrs 跟踪，但不能清楚地表达所有权。

建议的解决方案：派生一个新的指针类型（我将称之为strong_ptr），它只是一个shared_ptr，但删除了复制构造函数和赋值运算符，因此很难克隆它们。然后，我们创建另一个新的 borrowed_ptr 类型（不易存储）来处理 weak_ptr 访问对象时所需的临时生命周期延长，从而可以避免在任何地方显式使用 shared_ptrs。

这个问题非所有权副本 std::unique_ptr 和这个更好的 shared_ptr by distinct types for "ownership" and "reference"? 两者都相似，但在这两种情况下，选择都被简单地定义为 unique_ptr 与 shared_ptr 并且答案并没有在我的脑海中提出令人满意的解决方案。（也许我应该回答这些问题而不是问一个新问题？不确定在这种情况下正确的礼仪是什么。）

这是一个基本的刺。请注意，为了避免弱指针的用户必须转换为 shared_ptr 才能使用它，我创建了一个 borrowed_ptr 类型（感谢 rust 的名称），它包装了 shared_ptr 但使用户很难意外存储它。因此，通过使用不同的 hamstrung shared_ptr 衍生物，我们可以表达预期的所有权并引导客户端代码正确使用。

#include <memory>
template <typename T>
// This owns the memory
class strong_ptr : public std::shared_ptr<T> {
public:
  strong_ptr() = default;
  strong_ptr(T* t) : std::shared_ptr<T>(t) {}
  strong_ptr(const strong_ptr&) = delete;
  strong_ptr& operator=(const strong_ptr&) = delete;
};

template <typename T>
// This can temporarily extend the lifetime but is intentionally hard to store
class borrowed_ptr : public std::shared_ptr<T> {
public:
  borrowed_ptr() = delete;
  borrowed_ptr(const borrowed_ptr&) = delete;
  borrowed_ptr& operator=(const borrowed_ptr&) = delete;

  template <typename T>
  static borrowed_ptr borrow(const std::weak_ptr<T>& wp) 
  { 
    return wp.lock();
  }
private:
  borrowed_ptr(std::shared_ptr<T> &sp) : std::shared_ptr<T>(sp) {}
};

这似乎相当简单，并且是对 shared_ptr 的改进，但我找不到任何关于这种技术的讨论，所以我只能想象我错过了一个明显的缺陷。

谁能给我一个具体的理由为什么这是一个坏主意？（是的，我知道这比 unique_ptr 效率低——对于 PIMPL 等，我仍然会使用 unique_ptr。）

警告：我还没有在一个基本示例中使用它，但是它可以编译并运行正常：

struct xxx
{
  int yyy;
  double zzz;
};

struct aaa
{
  borrowed_ptr<xxx> naughty;
};

void testfun()
{
  strong_ptr<xxx> stp = new xxx;
  stp->yyy = 123;
  stp->zzz = 0.456;

  std::weak_ptr<xxx> wkp = stp;

//  borrowed_ptr<xxx> shp = wkp.lock(); <-- Fails to compile as planned
//  aaa badStruct { borrowed_ptr<xxx>::borrow(wkp) }; <-- Fails to compile as planned
//  aaa anotherBadStruct; <-- Fails to compile as planned
  borrowed_ptr<xxx> brp = borrowed_ptr<xxx>::borrow(wkp); // Only way to create the borrowed pointer

//  std::cout << "wkp: " << wkp->yyy << std::endl; <-- Fails to compile as planned
  std::cout << "stp: " << stp->yyy << std::endl; // ok
  std::cout << "bp: " << brp->yyy << std::endl; // ok
}

标签： c++c++11c++14c++17

解决方案

唯一所有权是唯一的，句号。一个地方拥有这个资源，并会在该代码选择时释放它。

共享所有权是共享的。多个地方可以拥有该资源，并且只有在所有地方都这样做后才能释放该资源。这是一种二元状态：要么一个地方拥有资源，要么多个地方拥有。

您的所有权语义是独一无二的......除非它们不是。以及以某种方式起作用的规则，除非它们没有问题。

现在，您的具体实现充满了漏洞。shared/weak_ptr都是这些类型接口的显式部分，因此shared_ptr从strong_ptr. 如果你有一个weak_ptrto a strong_ptr（对于来说是必需的borrowed_ptr::borrow），那么你就可以lock得到一个shared_ptr.

但是，即使您的界面正确地隐藏了所有这些（也就是说，您创建了自己的weak_ptr- 等效类型并停止从继承shared_ptr），您的 API 也无法阻止某人将其存储borrowed_ptr在他们想要的任何地方。哦，当然，他们以后不能更改它，但是很容易在构造时将其存储在类成员中，或者堆分配一个或其他。

因此，归根结底，锁定弱指针仍然代表所有权声明。因此，指针堆栈的所有权语义仍然是共享的；只是一个 API 鼓励不要保留共享所有权太久。

unique_ptr没有“API 鼓励”；它有 API强制执行。这就是赋予它独特所有权的原因。C++ 没有一种机制来创建您想要创建的所有权语义的类似实施。

鼓励在某种程度上可能有用，但borrowed_ptr对于那些想要表达他们只是暂时声称拥有所有权的人来说，鼓励可能和鼓励一样有用。否则直接shared/weak_ptr照常使用。也就是说，您的 API 应该明确地认识到它正在使用共享所有权，这样没有人会被愚弄而产生其他想法。

c++ - 是否有可能/希望创建不可复制的共享指针模拟（以启用 weak_ptr 跟踪/借用类型语义）？

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