了解 unique_ptr 的构造函数，它采用自定义删除器

Question

我在说什么

我指的是 std::unique_ptr<T,Deleter>::unique_ptr 的 3 和 4，它们有这个签名：

unique_ptr( pointer p, /* see below */ d1 ) noexcept;

我的问题

主要是这些：

• /* see below */的解释究竟是什么意思？
• 作为程序员，在选择将什么作为删除器类型模板参数传递给std::unique_ptr 时，我该如何使用它？

而且，更详细：

• std::unique_ptr 的构造函数是模板化的事实是否是必须提供删除器模板参数的原因？
• 如果上一个问题的答案是肯定的，那么句子The program is ill-formed if this two constructors are selected by class template argument deduction是什么意思？
• _Dp 和 _Del 究竟有何不同，这有多重要？

我试图绕过它的失败尝试

在这里我试图解释我的推理。上面预期的一些问题也散布在文本中。

我的理解是，在C++17之前，模板类型推导不适用于类，只适用于函数，所以在创建模板类的实例时，比如std::unique_ptr，都是强制的（即没有@ 987654331@) 模板类的模板参数必须通过<…>提供。

此外，在/usr/include/c++/10.2.0/bits/unique_ptr.h 中，我或多或少看到了这个：

namespace std {
    // …
    template <typename _Tp, typename _Dp = default_delete<_Tp>>
    class unique_ptr {
      public:
        // …
        using deleter_type  = _Dp;
        // …
        template<typename _Del = deleter_type, typename = _Require<is_copy_constructible<_Del>>>
        unique_ptr(pointer __p, const deleter_type& __d) noexcept : _M_t(__p, __d) { }
        // …
    }
    // …
}

构造函数在类型参数_Del上被模板化，默认为类'deleter_type（这是_Dp的别名）；据我了解，如果我错了，请纠正我 (*)，std::unique_ptr 甚至无法利用 C++17 的类模板类型推导，因此就重载而言，_Dp 的模板参数仍然是强制性的（即，如果要将删除器对象作为第二个参数传递给构造函数）。

既然是这种情况，我们传递给std::unique_ptr 的实际类型参数可以用引用声明符进行修饰，如链接页面中所述。但这就是我迷路的地方，更不用说我确实看到一般_Dp 和_Del 可以有所不同（例如，它们可能因引用声明符而异)，这使我的理解更加复杂。

不过，我将复制页面中解释各种可能情况的部分内容：

3-4) 构造一个拥有p的std::unique_ptr对象，用p初始化存储的指针并初始化一个删除器D如下（取决于D是否为引用类型）

• a) 如果D 是非引用类型A，则签名为：

  unique_ptr(pointer p, const A& d) noexcept;
  unique_ptr(pointer p, A&& d) noexcept;
  

• b) 如果D 是左值引用类型A&，则签名为：

  unique_ptr(pointer p, A& d) noexcept;
  unique_ptr(pointer p, A&& d) = delete;
  

• c) 如果D 是一个左值引用类型const A&，那么签名是：

  unique_ptr(pointer p, const A& d) noexcept;
  unique_ptr(pointer p, const A&& d) = delete;
  

在所有情况下，删除器都是从std::forward<decltype(d)>(d) 初始化的。这些重载仅在 std::is_constructible<D, decltype(d)>::value 为 true 时参与重载解析。

我能理解引用的文字的唯一方法如下，有很多疑问。

• 如果我们想将删除器 d 作为参数传递给构造函数，我们必须明确地将 D 作为模板参数传递给...什么？到class 和/或它的构造函数？甚至可以将模板参数传递给构造函数吗？
• 那个D可以是三种
  1. 如果我们将其指定为A，这意味着我们希望能够将（可能是const）左值或右值作为d 传递，因此采用const A& 和A&& 的重载都是已定义。
  2. 如果我们将其指定为<s>const</s> A&amp;，这意味着我们希望无法将右值作为d 传递，因此重载采用@987654371 @ 被删除，因为它会绑定到右值，而重载 A& 用于代替const A&，因为后者也会绑定到右值。
  3. 如果我们将其指定为const A&，这意味着我们希望能够将both 一个左值 或一个右值 作为d 传递，所以重载采用const A& 是要选择的，而采用const A&& 的另一个是deleted，因为该参数类型无法绑定到左值，并且它对待右值的处理方式与const A& 没有区别, 正如答案中所解释的，最重要的是，它绑定到右值，防止其他重载 const A& 绑定到右值，这将导致悬空引用存储在 std::unique_ptr 中（原因因为这是here)。
• 但是，当右值作为d 传递时，1. 和 3. 的不同用例是什么？ 1.绑定A&&和3.绑定const A&，前者可以盗取资源，后者不能。

最后但同样重要的是，链接页面还添加了 C++17 特有的内容：

如果通过类模板参数推导选择这两个构造函数中的任何一个，则程序是非良构的。

根据我的理解（参见上面的(*)），我根本不清楚：这些构造函数如何进行类型推断？ p>

所以底线问题是：这种复杂性在声明std::unique_ptr<T,Deleter>::unique_ptr 的方式对我作为程序员有用吗？

Answer 1

这些构造函数允许您传入一个删除器，该删除器将根据您传入的是左值还是右值而被复制或移动。

但是，unique_ptr 中的删除器类型允许作为删除器的引用（甚至是D const&）。在这种情况下，这些构造函数仍然允许您传入一个左值，然后您的unique_ptr 将引用该左值。但是，它不会允许您传入右值。这是因为右值可能会破坏，从而使您的 unique_ptr 带有悬空引用。所以这些构造函数被设置为在编译时捕获这个逻辑错误。

如果这个规范不是那么复杂，天真的实现会允许这个逻辑错误（传递一个右值以绑定到一个引用删除器）导致 运行时错误而不是编译时错误。

Answer 2

这种复杂性归结为相当简单的使用：

1. std::unique_ptr<SomeType, SomeDeleter> 有一个构造函数，它的 deleter 参数接受左值或右值。这是有道理的，因为传递给构造函数的删除器将被复制/移动到 unique_ptr 对象中。
2. std::unique_ptr<SomeType, SomeDeleter&> 有一个构造函数，它的 deleter 参数只接受非常量左值。由于unique_ptr 实例仅存储对提供的删除器的引用，因此接受右值是没有意义的（它的生命周期将在unique_ptr 完成构造后立即结束），并且您已声明deleter 必须是非常量的，因此接受对 const 的引用也没有意义。
3. std::unique_ptr<SomeType, SomeDeleter const&> 有一个构造函数，它的 deleter 参数接受 const 或非 const 左值。不接受右值的原因与 (2) 相同，但在这种情况下，您已声明删除器可以是 const。

例如，如果您取消注释下面的任何注释行，则该程序将无法编译。这是理想的，因为所有注释行都会导致危险情况。

struct Deleter
{
    void operator()(int* ptr) const
    {
        delete ptr;
    }
};

int main() {
    Deleter d;
    Deleter const dc;
    std::unique_ptr<int, Deleter> p1{new int{}, d};
    std::unique_ptr<int, Deleter> p2{new int{}, dc};
    std::unique_ptr<int, Deleter> p3{new int{}, Deleter{}};
    
    std::unique_ptr<int, Deleter&> p4{new int{}, d};
    //std::unique_ptr<int, Deleter&> p5{new int{}, dc};
    //std::unique_ptr<int, Deleter&> p6{new int{}, Deleter{}};
    
    std::unique_ptr<int, Deleter const&> p7{new int{}, d};
    std::unique_ptr<int, Deleter const&> p8{new int{}, dc};
    //std::unique_ptr<int, Deleter const&> p9{new int{}, Deleter{}};
}

Live Demo

Answer 3

/* see below */的解释究竟是什么意思？

它指定不同类型D的构造函数的不同行为，其中D是类的模板参数，如std::unique_ptr<T, D>。具体来说，它考虑了以下三种情况：

• D 是“普通”值类型，例如 std::unique_ptr<int, Deleter>：我们可以传递任何类型的任何对象 A 作为该参数，只要 A 可以用于复制/移动构造 Deleter视情况而定。
• D 是一个非常量引用类型，如 std::unique_ptr<int, Deleter&>：我们可以提供非常量左值表达式（仅一个非常量左值表达式），同样可以使用任何类型用于构造Deleter&。 （例如，这可能是派生类。）不允许将右值表达式传递给此参数，因为存储对（过期）临时对象的引用是没有意义的。
• D 是一个 const 引用类型，和 std::unique_ptr<int, const Deleter&> 一样：同上一点，除了 const 限定的左值表达式也是合法的。

请注意，在所有这些情况下，唯一指针的类型完全由 D 决定：参数中的 As 只允许传递 other 类型的值而不是 D可以用来构建它。

作为程序员，在选择将什么作为删除器类型模板参数传递给std::unique_ptr 时，我该如何使用它？

一般来说，您无需担心。根据您要使用的删除器类型指定std::unique_ptr<T, D>：然后，任何可用于构造D 的合理类型A 都将起作用，而任何不起作用的类型都将不起作用。这里的详细规范，毕竟是为了降低用户复杂度而增加了实现复杂度！

std::unique_ptr 的构造函数是模板化的事实是必须提供删除器模板参数的原因吗？

本质上，是的。因果关系走哪条路并不重要。 （它可以被模板化以强制“你不能将这些构造函数与 CTAD 一起使用”，或者它可能必须被模板化，从而导致“你不能将这些构造函数与 CTAD 一起使用”：最终没关系。）

如果上一个问题的答案是肯定的，那么句子The program is ill-formed if this two constructors are selected by class template argument deduction是什么意思？

std::unique_ptr foo(value(), deleter()); 是非法的，应该会导致编译错误。这与 CTAD 的工作方式有关，如果您有兴趣，请参阅 cppref's docs on CTAD 以获得更好的了解。

_Dp 和 _Del 究竟有何不同，这有多重要？

我们可能会传递A 类型的对象，其中A 是与D 不同的类型，但该对象可用于构造D 类型的对象。此外，我们希望转发这种类型：我们不想要不必要的副本。对A 进行（左值或右值，视情况而定）引用允许我们在唯一指针中直接构造D。这类似于在标准容器中使用.emplace。