Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Инициализация указателя p1 неявно требует, чтобы компилятор создал указатель типа shared_ptr из указателя int*, возвращенного оператором new. Поскольку нельзя неявно преобразовать обычный указатель в интеллектуальный, такая инициализация ошибочна. По той же причине функция, возвращающая указатель shared_ptr, не может неявно преобразовать простой указатель в своем операторе return:

shared_ptr<int> clone(int p) {

 return new int(p); // ошибка: неявное преобразование

                    // в shared_ptr<int>

}

Следует явно связать указатель shared_ptr с указателем, который предстоит возвратить:

shared_ptr<int> clone (int p) {

 // ok: явное создание shared_ptr<int> из int*

 return shared_ptr<int>(new int(p));

}

По умолчанию указатель, используемый для инициализации интеллектуального указателя, должен указывать на область динамической памяти, поскольку по умолчанию интеллектуальные указатели используют оператор delete для освобождения связанного с ним объекта. Интеллектуальные указатели можно связать с указателями на другие виды ресурсов. Но для этого необходимо предоставить собственную функцию, используемую вместо оператора delete. Предоставление собственного кода удаления рассматривается в разделе 12.1.4.

Не смешивайте обычные указатели с интеллектуальными

Указатель shared_ptr может координировать удаление только с другими указателями shared_ptr, которые являются его копиями. Действительно, этот факт — одна из причин, по которой рекомендуется использовать функцию make_shared(), а не оператор new. Это связывает указатель shared_ptr с объектом одновременно с его резервированием. При этом нет никакого способа по неосторожности связать ту же область памяти с несколькими независимо созданными указателями shared_ptr.

Рассмотрим следующую функцию, работающую с указателем shared_ptr:

// ptr создается и инициализируется при вызове process()

void process(shared_ptr<int> ptr) {

 // использование ptr

} // ptr выходит из области видимости и удаляется

Параметр функции process() передается по значению, поэтому аргумент копируется в параметр ptr. Копирование указателя shared_ptr осуществляет инкремент его счетчика ссылок. Таким образом, в функции process() значение счетчика не меньше 2. По завершении функции process() осуществляется декремент счетчика ссылок указателя ptr, но он не может достигнуть нуля. Поэтому, когда локальная переменная ptr удаляется, память, на которую она указывает, не освобождается.

Правильный способ использования этой функции подразумевает передачу ей указателя shared_ptr:

shared_ptr<int> p(new int (42)); // счетчик ссылок = 1

process(p); // копирование p увеличивает счетчик;

            // в функции process() счетчик = 2

int i = *p; // ok: счетчик ссылок = 1

Хотя функции process() нельзя передать встроенный указатель, ей можно передать временный указатель shared_ptr, явно созданный из встроенного указателя. Но это, вероятно, будет ошибкой:

int *x(new int(1024)); // опасно: x - обычный указатель, a

                       // не интеллектуальный process(x);

// ошибка: нельзя преобразовать int* в shared_ptr<int>

process(shared_ptr<int>(x)); // допустимо, но память будет освобождена!

int j = *x; // непредсказуемо: x - потерянный указатель!

В этом вызове функции process() передан временный указатель shared_ptr. Этот временный указатель удаляется, когда завершается выражение, в котором присутствует вызов. Удаление временного объекта приводит к декременту счетчика ссылок, доводя его до нуля. Память, на которую указывает временный указатель, освобождается при удалении временного указателя.

Но указатель x продолжает указывать на эту (освобожденную) область памяти; теперь x — потерянный указатель. Результат попытки использования значения, на которое указывает указатель x, непредсказуем.

При связывании указателя shared_ptr с простым указателем ответственность за эту память передается указателю shared_ptr. Как только ответственность за область памяти встроенного указателя передается указателю shared_ptr, больше нельзя использовать встроенный указатель для доступа к памяти, на которую теперь указывает указатель shared_ptr.

Опасно использовать встроенный указатель для доступа к объекту, принадлежащему интеллектуальному указателю, поскольку нельзя быть уверенным в том, что этот объект еще не удален.

Другие операции с указателем shared_ptr

Класс shared_ptr предоставляет также несколько других операций, перечисленных в табл. 12.2 и табл. 12.3. Чтобы присвоить новый указатель указателю shared_ptr, можно использовать функцию reset():

p = new int(1024); // нельзя присвоить обычный указатель

                   // указателю shared_ptr

p.reset(new int(1024)); // ok: p указывает на новый объект

Подобно оператору присвоения, функция reset() модифицирует счетчики ссылок, а если нужно, удаляет объект, на который указывает указатель p. Функцию-член reset() зачастую используют вместе с функцией unique() для контроля совместного использования объекта несколькими указателями shared_ptr. Прежде чем изменять базовый объект, проверяем, является ли владелец единственным. В противном случае перед изменением создается новая копия:

if (!p.unique())

 p.reset(new string(*p)); // владелец не один; резервируем новую копию

*p += newVal; // теперь, когда известно, что указатель единственный,

              // можно изменить объект

Упражнения раздела 12.1.3

Упражнение 12.10. Укажите, правилен ли следующий вызов функции process(), определенной в текущем разделе. В противном случае укажите, как его исправить?

shared_ptr<int> p(new int(42));

process(shared_ptr<int>(p));

Упражнение 12.11. Что будет, если вызвать функцию process() следующим образом?

process(shared_ptr<int>(p.get()));

Упражнение 12.12. Используя объявления указателей p и sp, объясните каждый из следующих вызовов функции process(). Если вызов корректен, объясните, что он делает. Если вызов некорректен, объясните почему:

auto p = new int();

auto sp = make_shared<int>();

(a) process(sp);

(b) process(new int());

(c) process(p);

(d) process(shared_ptr<int>(p));

Упражнение 12.13. Что будет при выполнении следующего кода?

auto sp = make_shared<int>();

auto p = sp.get();

delete p;

12.1.4. Интеллектуальные указатели и исключения

В разделе 5.6.2 упоминалось, что программы, использующие обработку исключений для продолжения работы после того, как произошло исключение, нуждаются в способе правильного освобождения ресурсов в случае исключения. Самый простой из них подразумевает использование интеллектуальных указателей.

При использовании интеллектуального указателя его класс гарантирует освобождение памяти, когда в ней больше нет необходимости, даже при преждевременном выходе из блока:

void f() {

 shared_ptr<int> sp(new int(42)); // зарезервировать новый объект

 // код, передающий исключение, не обрабатываемое в функции f()

} // shared_ptr освобождает память автоматически по завершении функции

При выходе из функции, обычном или в связи с исключением, удаляются все ее локальные объекты. В данном случае указатель sp имеет тип shared_ptr, поэтому при удалении проверяется его счетчик ссылок. В данном случае sp — единственный указатель на контролируемую им область памяти, поэтому она освобождается в ходе удаления указателя sp.

Память, контролируемая непосредственно, напротив, не освобождается автоматически, когда происходит исключение. Если для управления памятью используются встроенные указатели и исключение происходит после оператора new, но перед оператором delete, то контролируемая память не будет освобождена:

void f() {

 int *ip = new int(42); // динамически зарезервировать новый объект

 // код, передающий исключение, не обрабатываемое в функции f()