返回对 std::unique_ptr 的引用的原因

Question

我想知道是否有任何正当理由在 C++ 中通过引用返回唯一指针，即std::unique_ptr<T>&？

我以前从未真正见过这种技巧，但我得到的新项目似乎大量使用了这种模式。乍一看，它只是有效地打破/规避了“唯一所有权”合同，从而无法在编译时捕获错误。考虑以下示例：

class TmContainer {
public:
    TmContainer() {
        // Create some sort of complex object on heap and store unique_ptr to it
        m_time = std::unique_ptr<tm>(new tm());
        // Store something meaningful in its fields
        m_time->tm_year = 42;
    }

    std::unique_ptr<tm>& time() { return m_time; }

private:
    std::unique_ptr<tm> m_time;
};

auto one = new TmContainer();
auto& myTime = one->time();
std::cout << myTime->tm_year; // works, outputs 42
delete one;
std::cout << myTime->tm_year; // obviously fails at runtime, as `one` is deleted

请注意，如果我们只返回std::unique_ptr<tm>（不是引用），它会引发明显的编译时错误，或者会强制使用移动语义：

// Compile-time error
std::unique_ptr<tm> time() { return m_time; }

// Works as expected, but m_time is no longer owned by the container
std::unique_ptr<tm> time() { return std::move(m_time); }

我怀疑一般的经验法则是所有此类情况都需要使用std::shared_ptr。我说的对吗？

Answer 1

这有两个用例，我认为这表明设计不佳。拥有非常量引用意味着您可以窃取资源或替换它，而无需提供单独的方法。

// Just create a handle to the managed object
auto& tm_ptr = tm_container.time();
do_something_to_tm(*tm_ptr);

// Steal the resource
std::unique_ptr<TmContainer> other_tm_ptr = std::move(tm_ptr);

// Replace the managed object with another one
tm_ptr = std::make_unique<TmContainer>;

我强烈反对这些做法，因为它们容易出错且可读性较差。如果您确实需要此功能，最好提供如下界面。

tm& time() { return *m_time; }

std::unique_ptr<tm> release_time() { return {std::move(m_time)}; }

// If tm is cheap to move
void set_time(tm t) { m_time = make_unique<tm>(std::move(t)); }

// If tm is not cheap to move or not moveable at all
void set_time(std::unique_ptr t_ptr) { m_time = std::move(t_ptr); }

Answer 2

评论太长了。对于请求的用例，我没有一个好主意。我唯一想到的是实用程序库的一些中间件。

问题是您想要和需要建模什么。语义是什么。我知道返回引用没有任何用处。

您的示例中唯一的优点是没有显式析构函数。如果您想制作此代码的精确镜像，恕我直言，它将是一个原始指针。应该使用什么确切类型取决于他们想要建模的确切语义。

也许您显示的代码背后的意图是返回一个非拥有指针，惯用（据我所知）它是通过原始指针建模的。如果您需要保证对象是活动的，那么您应该使用shared_ptr，但请记住，这意味着共享所有权——即将它的生命周期与TmContianer 分离。

使用原始指针会使您的代码同样失败，但有人可能会争辩说，也没有理由显式使用delete，并且可以通过范围正确管理对象的生命周期。

这当然是值得商榷的，就像单词和短语的语义和意义一样，但我的经验表明，c++ 人们就是这样写、说和理解指针的。

Answer 3

std::unique_ptr 按照设计不满足 CopyConstructible 或 CopyAssignable 的要求。

因此，如果需要，必须将对象作为引用返回。