Question

我发现一些使用std :: shared_ptr的代码在shutdown时执行任意清理。起初我认为这段代码不可行，但后来我尝试了以下内容：

#include <memory>
#include <iostream>
#include <vector>

class test {
public:
  test() {
    std::cout << "Test created" << std::endl;
  }
  ~test() {
    std::cout << "Test destroyed" << std::endl;
  }
};

int main() {
  std::cout << "At begin of main.\ncreating std::vector<std::shared_ptr<void>>" 
            << std::endl;
  std::vector<std::shared_ptr<void>> v;
  {
    std::cout << "Creating test" << std::endl;
    v.push_back( std::shared_ptr<test>( new test() ) );
    std::cout << "Leaving scope" << std::endl;
  }
  std::cout << "Leaving main" << std::endl;
  return 0;
}

该程序提供输出：

At begin of main.
creating std::vector<std::shared_ptr<void>>
Creating test
Test created
Leaving scope
Leaving main
Test destroyed

我有一些关于为什么这可能有效的想法，这与为G ++实现的std :: shared_ptrs的内部有关。由于这些对象将内部指针与计数器一起包装，因此从std::shared_ptr<test>到std::shared_ptr<void>的强制转换可能不会阻碍析构函数的调用。这个假设是否正确？

当然还有一个更为重要的问题：这是保证按标准工作还是可能进一步改变std :: shared_ptr的内部，其他实现实际上会破坏这段代码？

Answer 1

诀窍是std::shared_ptr执行类型擦除。基本上，当创建一个新的shared_ptr时，它将在内部存储一个deleter函数（可以作为构造函数的参数给出，但如果不存在则默认为调用delete）。当shared_ptr被销毁时，它会调用存储的函数并调用deleter。

可以在这里看到简化的std :: function简化类型擦除草图，并避免所有引用计数和其他问题：

template <typename T>
void delete_deleter( void * p ) {
   delete static_cast<T*>(p);
}

template <typename T>
class my_unique_ptr {
  std::function< void (void*) > deleter;
  T * p;
  template <typename U>
  my_unique_ptr( U * p, std::function< void(void*) > deleter = &delete_deleter<U> ) 
     : p(p), deleter(deleter) 
  {}
  ~my_unique_ptr() {
     deleter( p );   
  }
};

int main() {
   my_unique_ptr<void> p( new double ); // deleter == &delete_deleter<double>
}
// ~my_unique_ptr calls delete_deleter<double>(p)

当从另一个复制（或默认构造）shared_ptr时，传递删除器，以便当您从shared_ptr<T>构造shared_ptr<U>时，有关析构函数的信息也在deleter传递。

Answer 2

shared_ptr<T>逻辑上[*]有（至少）两个相关数据成员：

指向要管理的对象的指针
指向将用于销毁它的删除函数的指针。

shared_ptr<Test>的删除功能，根据您构建它的方式，是Test的正常删除功能，可将指针转换为Test*和delete s

当您将shared_ptr<Test>推送到shared_ptr<void>的向量时，会复制这两个，但第一个会被转换为void*。

因此，当使用最后一个引用来销毁vector元素时，它会将指针传递给正确销毁它的删除器。

它实际上比这更复杂，因为shared_ptr可以使用删除器仿函数而不仅仅是一个函数，因此甚至可能存储每个对象数据而不是只是一个函数指针。但是对于这种情况，没有这样的额外数据，仅存储指向模板函数实例的指针就足够了，模板参数捕获必须删除指针的类型。

[*]逻辑上它可以访问它们 - 它们可能不是shared_ptr本身的成员，而是它指向的某个管理节点。

Answer 3

它有效，因为它使用了类型擦除。

基本上，当你构建一个shared_ptr时，它会传递一个额外的参数（如果你愿意，你可以实际提供），这是一个删除函数。

这个默认仿函数接受一个指向你在shared_ptr中使用的类型的指针作为参数，因此这里void将它适当地转换为你在这里使用的静态类型test，然后调用这个对象上的析构函数。

任何足够先进的科学感觉就像魔术一样，不是吗？

Answer 4

构造函数shared_ptr<T>(Y *p)确实似乎在调用shared_ptr<T>(Y *p, D d)，其中d是对象的自动生成的删除器。

当发生这种情况时，对象Y的类型是已知的，因此该shared_ptr对象的删除器知道要调用哪个析构函数，并且当指针存储在向量中时，此信息不会丢失shared_ptr<void>。

事实上，规范要求对于接收shared_ptr<T>对象的接收shared_ptr<U>对象，必须确实U*必须隐式转换为T*并且T=void肯定是这种情况，因为任何指针都可以隐式转换为void*。没有任何关于删除的内容是无效的，所以规范确实要求这样做才能正常工作。

技术上IIRC a shared_ptr<T>拥有一个指向隐藏对象的指针，该隐藏对象包含引用计数器和指向实际对象的指针;通过将删除器存储在这个隐藏的结构中，可以使这个显然神奇的功能工作，同时仍然保持shared_ptr<T>与常规指针一样大（但是取消引用指针需要双重间接

shared_ptr -> hidden_refcounted_object -> real_object

Answer 5

Test*可以隐式转换为void*，因此shared_ptr<Test>可以从内存隐式转换为shared_ptr<void>。这是有效的，因为shared_ptr旨在在运行时控制销毁，而不是编译时，它们将在内部使用继承来调用适当的析构函数，就像它在分配时一样。

Answer 6

我将使用用户将理解的非常简单的shared_ptr实现来回答这个问题（2年后）。

首先，我将介绍一些侧类，shared_ptr_base，sp_counted_base sp_counted_impl和checked_deleter，其中最后一个是模板。

class sp_counted_base
{
 public:
    sp_counted_base() : refCount( 1 )
    {
    }

    virtual ~sp_deleter_base() {};
    virtual void destruct() = 0;

    void incref(); // increases reference count
    void decref(); // decreases refCount atomically and calls destruct if it hits zero

 private:
    long refCount; // in a real implementation use an atomic int
};

template< typename T > class sp_counted_impl : public sp_counted_base
{
 public:
   typedef function< void( T* ) > func_type;
    void destruct() 
    { 
       func(ptr); // or is it (*func)(ptr); ?
       delete this; // self-destructs after destroying its pointer
    }
   template< typename F >
   sp_counted_impl( T* t, F f ) :
       ptr( t ), func( f )

 private:

   T* ptr; 
   func_type func;
};

template< typename T > struct checked_deleter
{
  public:
    template< typename T > operator()( T* t )
    {
       size_t z = sizeof( T );
       delete t;
   }
};

class shared_ptr_base
{
private:
     sp_counted_base * counter;

protected:
     shared_ptr_base() : counter( 0 ) {}

     explicit shared_ptr_base( sp_counter_base * c ) : counter( c ) {}

     ~shared_ptr_base()
     {
        if( counter )
          counter->decref();
     }

     shared_ptr_base( shared_ptr_base const& other )
         : counter( other.counter )
     {
        if( counter )
            counter->addref();
     }

     shared_ptr_base& operator=( shared_ptr_base& const other )
     {
         shared_ptr_base temp( other );
         std::swap( counter, temp.counter );
     }

     // other methods such as reset
};

现在我将创建两个名为make_sp_counted_impl的“free”函数，它将返回一个指向新创建函数的指针。

template< typename T, typename F >
sp_counted_impl<T> * make_sp_counted_impl( T* ptr, F func )
{
    try
    {
       return new sp_counted_impl( ptr, func );
    }
    catch( ... ) // in case the new above fails
    {
        func( ptr ); // we have to clean up the pointer now and rethrow
        throw;
    }
}

template< typename T > 
sp_counted_impl<T> * make_sp_counted_impl( T* ptr )
{
     return make_sp_counted_impl( ptr, checked_deleter<T>() );
}

好的，这两个函数对于通过模板化函数创建shared_ptr时接下来会发生什么是必不可少的。

template< typename T >
class shared_ptr : public shared_ptr_base
{

 public:
   template < typename U >
   explicit shared_ptr( U * ptr ) :
         shared_ptr_base( make_sp_counted_impl( ptr ) )
   {
   }

  // implement the rest of shared_ptr, e.g. operator*, operator->
};

注意如果T为无效且U是您的“测试”类，上面会发生什么。它将使用指向U的指针调用make_sp_counted_impl（），而不是指向T的指针。销毁的管理都是通过此处完成的。 shared_ptr_base类管理有关复制和赋值等的引用计数.allive_ptr类本身管理运算符重载的类型安全使用（ - ＆gt;，* etc）。

因此，虽然您有一个无效的shared_ptr，但是您正在管理一个传递给new的类型的指针。请注意，如果在将指针放入shared_ptr之前将其转换为void *，则无法在checked_delete上进行编译，因此您实际上也是安全的。

为什么std :: shared_ptr <void>工作</void>

6 个答案: