如何传递 std::unique_ptr ？

Question

我第一次尝试使用 C++11 unique_ptr;我在我的一个项目中替换了一个多态原始指针，它归一个类所有，但传递的频率很高。

我曾经有过这样的功能：

bool func(BaseClass* ptr, int other_arg) {
  bool val;
  // plain ordinary function that does something...
  return val;
}

但我很快意识到我无法切换到：

bool func(std::unique_ptr<BaseClass> ptr, int other_arg);

因为调用者必须处理函数的指针所有权，我不想这样做。那么，我的问题的最佳解决方案是什么？

我虽然将指针作为参考传递，像这样：

bool func(const std::unique_ptr<BaseClass>& ptr, int other_arg);

但是这样做我感到很不舒服，首先因为传递已经输入为_ptr 的东西作为参考似乎不是本能的，什么是参考的参考。其次，因为函数签名变得更大。第三，因为在生成的代码中，需要两个连续的指针间接访问我的变量。

Answer 1

如果您希望函数使用指针，请传递对它的引用。没有理由将函数绑定为仅使用某种智能指针：

bool func(BaseClass& base, int other_arg);

在呼叫站点使用operator*：

func(*some_unique_ptr, 42);

或者，如果base 参数允许为空，则保持签名不变，并使用get() 成员函数：

bool func(BaseClass* base, int other_arg);
func(some_unique_ptr.get(), 42);

Answer 2

使用std::unique_ptr<T> 的优点（除了不必记得显式调用delete 或delete[]）是它保证一个指针要么是nullptr 要么它指向一个有效的实例（基础）对象。回答完你的问题后，我会回到这个问题，但第一条消息是DO使用智能指针来管理动态分配对象的生命周期。

现在，您的问题实际上是如何在旧代码中使用它。

我的建议是，如果您不想转让或共享所有权，您应该始终传递对该对象的引用。像这样声明你的函数（有或没有const 限定符，根据需要）：

bool func(BaseClass& ref, int other_arg) { ... }

然后，具有std::shared_ptr<BaseClass> ptr 的调用者将处理nullptr 的情况，或者它会要求bool func(...) 计算结果：

if (ptr) {
  result = func(*ptr, some_int);
} else {
  /* the object was, for some reason, either not created or destroyed */
}

这意味着任何调用者都必须承诺引用是有效的，并且在函数体的整个执行过程中它将继续有效。

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这就是我坚信您应该不传递原始指针或对智能指针的引用的原因。

原始指针只是一个内存地址。可以具有（至少）4 种含义之一：

1. 所需对象所在的内存块的地址。 （好的）
2. 您可以确定的地址 0x0 是不可取消引用的，并且可能具有“无”或“无对象”的语义。 （坏的）
3. 一个内存块的地址，它在您的进程的可寻址空间之外（取消引用它可能会导致您的程序崩溃）。 （丑陋的）
4. 可以取消引用但不包含您期望的内存块的地址。也许指针被意外修改了，现在它指向另一个可写地址（在您的进程中完全是另一个变量）。写入这个内存位置有时会在执行过程中产生很多乐趣，因为只要你被允许在那里写，操作系统就不会抱怨。 （Zoinks！）

正确使用智能指针可以缓解相当可怕的情况 3 和 4，这些情况通常在编译时无法检测到，并且您通常只会在运行时遇到程序崩溃或发生意外情况时。

将智能指针作为参数传递有两个缺点：您不能在不复制的情况下更改 pointed 对象的 const-ness（这会增加 shared_ptr 的开销，而对于 @ 则不可能） 987654333@)，你还剩下第二个 (nullptr) 的意思。

从设计的角度来看，我将第二种情况标记为（不好的）。这是关于责任的更微妙的论点。

想象一下当一个函数接收一个nullptr 作为它的参数时这意味着什么。它首先必须决定如何处理它：使用“神奇”值代替丢失的对象？完全改变行为并计算其他东西（不需要对象）？恐慌并抛出异常？此外，当函数通过原始指针获取 2、3 甚至更多参数时会发生什么？它必须检查它们中的每一个并相应地调整其行为。这无缘无故地在输入验证之上增加了一个全新的级别。

调用者应该是具有足够上下文信息来做出这些决定的人，或者换句话说，坏人你知道的越多，就越不可怕。另一方面，该函数应该只接受调用者的承诺，即它所指向的内存可以安全地按预期使用。 （引用仍然是内存地址，但在概念上代表了有效性的承诺。）

Answer 3

我同意 Martinho 的观点，但我认为指出传递引用的所有权语义很重要。我认为正确的解决方案是在这里使用简单的传递引用：

bool func(BaseClass& base, int other_arg);

在 C++ 中传递引用的普遍接受的含义就像函数的调用者告诉函数“在这里，你可以借用这个对象，使用它并修改它（如果不是 const），但是仅在函数体的持续时间内。”这绝不与unique_ptr 的所有权规则相冲突，因为该对象只是在短时间内被借用，并没有发生实际的所有权转移（如果您将汽车借给某人，您会把标题签给他？）。

因此，即使从unique_ptr 中提取引用（甚至是原始指针）看起来很糟糕（设计方面、编码实践等），但实际上并不是因为它完全符合使用unique_ptr 设置的所有权规则。当然，还有其他不错的优点，比如简洁的语法、不限制只属于 unique_ptr 的对象等等。

Answer 4

就个人而言，我避免从指针/智能指针中提取引用。因为如果指针是nullptr 会发生什么？如果您将签名更改为：

bool func(BaseClass& base, int other_arg);

您可能必须保护您的代码免受空指针取消引用：

if (the_unique_ptr)
  func(*the_unique_ptr, 10);

如果类是指针的唯一所有者，Martinho 的第二个替代方案似乎更合理：

func(the_unique_ptr.get(), 10);

或者，您可以使用std::shared_ptr。但是，如果只有一个实体负责 delete，std::shared_ptr 的开销就不会得到回报。