关于C++：我什么时候使用哪种指针？


Which kind of pointer do I use when?

好的，所以我最后一次写C++为生，EDOCX1，0，所有的STD LIB都是可用的，EDCOX1，1是愤怒的。我从未真正研究过Boost提供的其他智能指针类型。我知道C++ 11现在提供了一些类型的Boost，但不是全部。

那么，是否有人有一个简单的算法来决定何时使用哪个智能指针？最好包括关于哑指针(如T*)和其他boost智能指针的建议。(像这样的东西很好)。

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共享所有权：采用的shared_ptr和weak_ptr标准与它们的增强型标准基本相同。当你需要共享一个资源，不知道哪一个是最后一个活着的时候，就使用它们。使用weak_ptr观察共享资源，不影响其生命周期，不破坏循环。使用shared_ptr的周期通常不应该发生-两个资源不能相互拥有。

请注意，Boost还提供了shared_array，这可能是shared_ptr const>的一个合适的替代方案。

接下来，Boost提供了intrusive_ptr，这是一个轻量级的解决方案，如果您的资源已经提供了参考计数管理，并且您希望采用RAII原则。这个标准没有采用。

唯一所有权：Boost还有一个scoped_ptr，它是不可复制的，不能为它指定删除程序。std::unique_ptr是boost::scoped_ptr类固醇，当你需要一个智能指针时，它应该是你的默认选择。它允许您在模板参数中指定一个删除程序，并且可以移动，与boost::scoped_ptr不同。它也可以在STL容器中完全使用，只要您不使用需要可复制类型的操作(显然)。

再次注意，Boost有一个数组版本：scoped_array，标准统一要求std::unique_ptr部分专门化，将delete[]作为指针，而不是delete作为指针(使用default_deleter)。std::unique_ptr也提供operator[]而不是operator*和operator->。

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

The class template auto_ptr is deprecated. [ Note: The class template unique_ptr (20.7.1) provides a better solution. —end note ]

无所有权：当您知道资源将比引用对象/作用域长时，请使用哑指针(原始指针)或引用来表示对资源的非拥有引用。当需要可空性或可重设性时，首选引用并使用原始指针。

如果您想要一个对资源的非拥有引用，但您不知道该资源是否比引用它的对象寿命长，请将该资源打包到shared_ptr中，并使用weak_ptr—您可以测试父级shared_ptr是否与lock共存，如果该资源仍然存在，则返回一个非空的shared_ptr。如果要测试资源是否已死亡，请使用expired。这两个听起来可能很相似，但在同时执行时却截然不同，因为expired只保证它对单个语句的返回值。一个看似无辜的测试

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

是一种潜在的竞争条件。

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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控制对象B的生存期，则它拥有对象B。例如，成员变量由其各自的对象拥有，因为成员变量的生存期与对象的生存期相关联。根据对象的拥有方式选择智能指针。

请注意，软件系统中的所有权与所有权是分开的，正如我们在软件之外所想的那样。例如，一个人可能"拥有"自己的家，但这并不一定意味着一个Person对象在House对象的生命周期内拥有控制权。将这些现实世界的概念与软件概念相结合，无疑是一种让自己陷入困境的方法。

如果您拥有该物品的唯一所有权，请使用std::unique_ptr。

如果您共享了对象的所有权…-如果没有所有权循环，则使用std::shared_ptr。-如果有循环，定义一个"方向"，在一个方向上使用std::shared_ptr，在另一个方向上使用std::weak_ptr。

如果对象拥有您，但可能没有所有者，请使用普通指针T*(例如父指针)。

如果对象拥有您(或以其他方式保证存在)，请使用引用T&。

警告：注意智能指针的成本。在内存或性能有限的环境中，只使用普通指针和更为手动的内存管理方案是有益的。

成本：

  • 如果您有一个自定义的删除程序(例如，您使用分配池)，那么每个指针的开销都会很容易被手动删除所避免。
  • std::shared_ptr在复制时有一个引用计数增量的开销，加上一个对销毁的减量，然后是一个0计数检查，删除保留的对象。根据实现的不同，这可能会使代码膨胀并导致性能问题。
  • 编译时间。与所有模板一样，智能指针对编译时间也有负面影响。

实例：

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

二叉树不拥有其父树，但树的存在意味着其父树的存在(或根目录的nullptr)，因此使用普通指针。二叉树(具有值语义)拥有其子代的唯一所有权，因此这些子代是std::unique_ptr。

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

在这里，list节点拥有其下一个和上一个列表，因此我们定义了一个方向，并使用shared_ptr表示下一个，使用weak_ptr表示prev来中断循环。

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一直使用unique_ptr，除非需要参考计数，在这种情况下，使用shared_ptr(对于非常罕见的情况，使用weak_ptr来防止参考循环)。几乎每种情况下，可转让的唯一所有权都是好的。

原始指针：只有当需要协变返回时才好，可能发生的非拥有指针。否则它们就没有多大用处。

数组指针：unique_ptr有一个T[]的专门化，它在结果上自动调用delete[]，这样你就可以安全地执行unique_ptr p(new int[42]);。shared_ptr您仍然需要一个自定义的删除程序，但是您不需要一个专门的共享或唯一的数组指针。当然，这些东西通常最好还是用std::vector来代替。不幸的是，shared_ptr没有提供数组访问功能，所以您仍然需要手动调用get()，但是unique_ptr提供operator[]，而不是operator*和operator->。在任何情况下，你都必须自己检查边界。这使得shared_ptr的用户友好性稍差，尽管可以说，通用优势和无增强依赖性使unique_ptr和shared_ptr再次成为赢家。

作用域指针：被unique_ptr置为无关，就像auto_ptr一样。

真的没有别的了。在没有移动语义的C++ 03中，这种情况非常复杂，但是在C++ 11中，建议非常简单。

还有其他智能指针的用途，如intrusive_ptr或interprocess_ptr。然而，在一般情况下，它们是非常利基和完全不必要的。

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何时使用unique_ptr的情况：

  • 工厂方法
  • 作为指针的成员(包括PIMPL)
  • 在stl contaters中存储指针(以避免移动)
  • 使用大型局部动态对象

何时使用shared_ptr的情况：

  • 跨线程共享对象
  • 一般共享对象

何时使用weak_ptr的情况：

  • 用作一般引用的大映射(例如，所有打开的套接字的映射)

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