make_shared 真的比 new 更高效吗？

Question

我正在用 C++11 中的 shared_ptr 和 make_shared 进行试验，并编写了一个小玩具示例来查看调用 make_shared 时实际发生的情况。作为基础架构，我使用 llvm/clang 3.0 以及 XCode4 中的 llvm std c++ 库。

class Object
{
public:
    Object(const string& str)
    {
        cout << "Constructor " << str << endl;
    }

    Object()
    {
        cout << "Default constructor" << endl;

    }

    ~Object()
    {
        cout << "Destructor" << endl;
    }

    Object(const Object& rhs)
    {
        cout << "Copy constructor..." << endl;
    }
};

void make_shared_example()
{
    cout << "Create smart_ptr using make_shared..." << endl;
    auto ptr_res1 = make_shared<Object>("make_shared");
    cout << "Create smart_ptr using make_shared: done." << endl;

    cout << "Create smart_ptr using new..." << endl;
    shared_ptr<Object> ptr_res2(new Object("new"));
    cout << "Create smart_ptr using new: done." << endl;
}

现在请看一下输出：

使用 make_shared 创建 smart_ptr...

构造函数 make_shared

复制构造函数...

复制构造函数...

析构函数

析构函数

使用 make_shared 创建 smart_ptr: 完成。

使用 new... 创建 smart_ptr

构造函数新

使用 new: done 创建 smart_ptr。

析构函数

析构函数

make_shared 似乎调用了复制构造函数两次。如果我使用常规new 为Object 分配内存，则不会发生这种情况，只会构造一个Object。

我想知道的是以下内容。听说make_shared应该比new效率更高^(1,2)。一个原因是因为make_shared 将引用计数与要在同一内存块中管理的对象一起分配。好的，我明白了。这当然比两个单独的分配操作更有效。

相反，我不明白为什么这必须伴随着两次调用Object 的复制构造函数的代价。因此，我不相信make_shared 在每个 情况下都比使用new 分配更有效。我在这里错了吗？好吧，可以为Object 实现一个移动构造函数，但我仍然不确定这是否比通过new 分配Object 更有效。至少不是在所有情况下。如果复制Object 比为引用计数器分配内存更便宜，那将是正确的。但是shared_ptr-internal 引用计数器可以使用几种原始数据类型来实现，对吧？

您能帮忙解释一下为什么make_shared 在效率方面是要走的路，尽管概述了复制开销？

Answer 1

作为基础架构，我使用的是 llvm/clang 3.0 以及 XCode4 中的 llvm std c++ 库。

嗯，这似乎是你的问题。 C++11 标准在第 20.7.2.2.6 节中对make_shared<T>（和allocate_shared<T>）提出了以下要求：

要求：表达式 ::new (pv) T(std::forward(args)...)，其中 pv 的类型为 void* 并指向适合保存 T 类型的对象的存储，应具有良好的格式. A 应为分配器 (17.6.3.5)。 A 的拷贝构造函数和析构函数不会抛出异常。

T 不需要是可复制构造的。事实上，T 甚至不需要是非放置新可构造的。它只需要可就地构建。这意味着make_shared<T> 唯一能用T 做的事情就是new 它就地。

所以你得到的结果不符合标准。 LLVM 的 libc++ 在这方面被破坏了。提交错误报告。

作为参考，以下是我将您的代码导入 VC2010 时发生的情况：

Create smart_ptr using make_shared...
Constructor make_shared
Create smart_ptr using make_shared: done.
Create smart_ptr using new...
Constructor new
Create smart_ptr using new: done.
Destructor
Destructor

我还把它移植到了Boost原来的shared_ptr和make_shared，得到了和VC2010一样的东西。

我建议提交一个错误报告，因为 libc++ 的行为被破坏了。

Answer 2

你必须比较这两个版本：

std::shared_ptr<Object> p1 = std::make_shared<Object>("foo");
std::shared_ptr<Object> p2(new Object("foo"));

在您的代码中，第二个变量只是一个裸指针，根本不是共享指针。

---

现在是肉。 make_shared 是（实际上）更有效，因为它在一个动态分配中将引用控制块与实际对象一起分配。相比之下，采用裸对象指针的shared_ptr 的构造函数必须为引用计数分配另一个 动态变量。权衡是make_shared（或其表亲allocate_shared）不允许您指定自定义删除器，因为分配是由分配器执行的。

（这不影响对象本身的构造。从Object的角度来看，两个版本没有区别。效率更高的是共享指针本身，而不是托管对象。）

Answer 3

所以要记住的一件事是您的优化设置。如果没有启用优化，测量性能，尤其是关于 c++ 的性能是毫无意义。我不知道您是否确实进行了优化编译，所以我认为值得一提。

也就是说，您使用此测试测量的内容不是make_shared 更有效的方式。简而言之，您测量的是错误的东西：-P。

这是交易。通常，当您创建共享指针时，它至少有 2 个数据成员（可能更多）。一个用于指针，一个用于引用计数。这个引用计数是在堆上分配的（这样它就可以在具有不同生命周期的shared_ptr 之间共享......毕竟这就是重点！）

因此，如果您要创建具有类似 std::shared_ptr<Object> p2(new Object("foo")); 的对象，则至少有 2 次调用 new。一个用于Object，一个用于引用计数对象。

make_shared 有一个选项（我不确定它是否必须），做一个new，它足够大，可以将指向的对象和引用计数保存在同一个连续块中。有效地分配一个看起来像这样的对象（说明性，而不是字面意思）。

struct T {
    int reference_count;
    Object object;
};

因为引用计数和对象的生命周期是联系在一起的（一个比另一个活得更长没有意义）。这整个区块也可以同时是deleted。

所以效率在于分配，而不是复制（我怀疑这与优化有关）。

需要明确的是，这就是 boost 对 make_shared 所说的话

http://www.boost.org/doc/libs/1_43_0/libs/smart_ptr/make_shared.html

除了方便和风格之外，这样的功能也是异常安全的 并且相当快，因为​​它可以使用单个分配 对象及其相应的控制块，消除了 shared_ptr 的构造开销的很大一部分。这 消除了有关 shared_ptr 的主要效率投诉之一。

Answer 4

您不应该在那里获得任何额外的副本。输出应该是：

Create smart_ptr using make_shared...
Constructor make_shared
Create smart_ptr using make_shared: done.
Create smart_ptr using new...
Constructor new
Create smart_ptr using new: done.
Destructor

我不知道您为什么要获得额外的副本。 （虽然我看到你得到的“析构函数”太多了，所以你用来获取输出的代码必须与你发布的代码不同）

make_shared 更高效，因为它可以只使用一个动态分配而不是两个来实现，并且因为它需要一个指针的内存而不是每个共享对象的簿记。

编辑：我没有使用 Xcode 4.2 检查，但使用 Xcode 4.3 我得到了上面显示的正确输出，而不是问题中显示的错误输出。