Язык программирования C++. Пятое издание - Стенли Липпман

Очевидное различие между указателями shared_ptr и unique_ptr в стратегии, которую они используют для управления содержащимися в них указателями: один класс предоставляет совместную собственность; а другой — единоличною собственность на хранимый указатель. Это различие и является основанием для создания данных классов.

Данные классы отличаются также тем, как они позволяют пользователям переопределять свою стандартную функцию удаления. Для переопределения функции удаления класса shared_ptr достаточно предоставить ему при создании вызываемый объект или функцию reset(). У объекта класса unique_ptr, напротив, тип функции удаления является частью типа. При определении указателя unique_ptr пользователи должны предоставлять этот тип как явный аргумент шаблона. В результате для указателя unique_ptr сложней предоставить собственную функцию удаления.

Различие в способе работы функции удаления — это лишь частность функциональных возможностей данных классов. Но, как будет вскоре продемонстрировано, это различие в стратегии реализации может серьезно повлиять на производительность.

Привязка функции удаления во время выполнения

Даже не зная, как именно реализуются библиотечные типы, вполне можно догадаться, что указатель shared_ptr обращается к своей функции удаления косвенно. Поэтому функция удаления должна храниться как указатель или как класс (такой как function из раздела 14.8.3), инкапсулирующий указатель.

То, что тип функции удаления не известен до времени выполнения, позволяет убедиться, что класс shared_ptr не содержит функцию удаления как непосредственный член класса. Действительно, класс shared_ptr позволяет изменить тип функции удаления на протяжении продолжительности его существования. Вполне можно создать указатель shared_ptr, используя функцию удаления одного типа, а впоследствии использовать функцию reset(), чтобы использовать для того же указателя shared_ptr другой тип функции удаления. Вообще, у класса не может быть члена, тип которого изменяется во время выполнения. Следовательно, функция удаления должна храниться отдельно.

Размышляя о том, как должна работать функция удаления, предположим, что класс shared_ptr хранит контролируемый указатель в переменной-члене класса по имени p, а обращение к функции удаления осуществляется через член класса по имени del. Деструктор класса shared_ptr должен включать такой оператор:

// значение del станет известно только во время выполнения; вызов

// через указатель

del ? del(p) : delete p; // вызов del (p) требует перехода во время

                         // выполнения к области хранения del

Поскольку функция удаления хранится отдельно, вызов del(p) требует перехода во время выполнения к области хранения del и выполнения кода, на который он указывает.

Привязка функции удаления во время компиляции

Теперь давайте подумаем, как мог бы работать класс unique_ptr. В этом классе тип функции удаления является частью типа unique_ptr. Таким образом, у шаблона unique_ptr есть два параметра шаблона: представляющий контролируемый указатель и представляющий тип функции удаления. Поскольку тип функции удаления является частью типа unique_ptr, тип функции-члена удаления известен на момент компиляции. Функция удаления может храниться непосредственно в каждом объекте класса unique_ptr.

Деструктор класса unique_ptr работает подобно таковому у класса shared_ptr, в котором он вызывает предоставленную пользователем функцию удаления или выполняет оператор delete для хранимого указателя:

// del связывается во время компиляции; создается экземпляр прямого

// вызова функции удаления

del(p); // нет дополнительных затрат во время выполнения

Тип del — это либо заданный по умолчанию тип функции удаления, либо тип, предоставленный пользователем. Это не имеет значения; так или иначе, выполняемый код будет известен во время компиляции. Действительно, если функция удаления похожа на класс DebugDelete (см. раздел 16.1.4), этот вызов мог бы даже быть встраиваемым во время компиляции.

При привязке функции удаления во время компиляции класс unique_ptr избегает во время выполнения дополнительных затрат на косвенный вызов своей функции удаления. При привязке функции удаления во время выполнения класс shared_ptr облегчает пользователю переопределение функции удаления.

Упражнения раздела 16.1.6

Упражнение 16.28. Напишите собственные версии классов shared_ptr и unique_ptr.

Упражнение 16.29. Пересмотрите свой класс Blob так, чтобы использовать собственную версию класса shared_ptr, а не библиотечную.

Упражнение 16.30. Повторно выполните некоторые из своих предыдущих программ, чтобы проверить собственные переделанные классы shared_ptr и Blob. (Примечание: реализация типа weak_ptr не рассматривается в этом издании, поэтому не получится использовать класс BlobPtr с пересмотренным классом Blob.)

Упражнение 16.31. Объясните, как компилятор мог бы встроить вызов функции удаления, если бы с классом unique_ptr был использован класс DebugDelete.

16.2. Дедукция аргумента шаблона

Как уже упоминалось, для определения параметров шаблона для шаблона функции компилятор по умолчанию использует аргументы в вызове. Процесс определения аргументов шаблона по аргументам функции называется дедукцией аргумента шаблона (template argument deduction). В ходе дедукции аргумента шаблона компилятор использует типы аргументов вызова для поиска таких аргументов шаблона, которые обеспечат лучшее соответствие создаваемой версии функции для данного вызова.

16.2.1. Преобразования и параметры типа шаблона

Подобно нешаблонным функциям, передаваемые в вызове шаблона функции аргументы используются для инициализации параметров этой функции. Параметры функции, тип которых использует параметр типа шаблона, имеют специальные правила инициализации. Только очень ограниченное количество автоматических преобразований применимо к таким аргументам. Вместо преобразования аргументов компилятор создает новые экземпляры.

Как обычно, спецификаторы const верхнего уровня (см. раздел 2.4.3) в параметре или аргументе игнорируются. Единственными остальными преобразованиями, выполняемыми при вызове шаблона функции, являются следующие.

• Преобразования констант: параметр функции, являющийся ссылкой (или указателем) на константу, может быть передан как ссылка (или указатель) на не константный объект (см. раздел 4.11.2).

• Преобразование массива или функции в указатель: если тип параметра функции не будет ссылочным, то к аргументам типа массива или функции будет применено обычное преобразование указателя. Аргумент типа массива будет преобразован в указатель на его первый элемент. Точно так же аргумент типа функции будет преобразован в указатель на тип функции (см. раздел 4.11.2).

Другие преобразования, такие как арифметические преобразования (см. раздел 4.11.1), преобразования производного в базовый (см. раздел 15.2.2) и пользовательские преобразования (см. разделы 7.5.4 и 14.9) не выполняются.

В качестве примера рассмотрим вызовы функции fobj() и fref(). Функция fobj() копирует свои параметры, тогда как параметры функции fref() являются ссылками:

template <typename Т> Т fobj(Т, Т); // аргументы копируются

template <typename Т> Т fref(const Т&, const Т&); // ссылки

string s1("a value");

const string s2("another value");

fobj(s1, s2); // вызов fobj(string, string); const игнорируется

fref(s1, s2); // вызов fref(const strings, const string&) использует

              // допустимое преобразования в константу для s1

int а[10], b[42];

fobj(a, b);   // вызов f(int*, int*)

fref(a, b);   // ошибка: типы массивов не совпадают

В первой паре вызовов как аргументы передаются строка и константная строка. Даже при том, что эти типы не соответствуют точно друг другу, оба вызова допустимы. В вызове функции fobj() аргументы копируются, поэтому не имеет значения, был ли первоначальный объект константой. В вызове функции fref() тип параметра — ссылка на константу. Преобразование в константу для ссылочного параметра является разрешенным преобразованием, поэтому данный вызов допустим.

В следующей паре вызовов как аргументы передаются массивы, отличающиеся размером, а следовательно, имеющие разные типы. В вызове функции fobj() различие типов массивов не имеет значения. Оба массива преобразуются в указатели. Типом параметра шаблона в функции fobj является int*. Вызов функции fref(), однако, недопустим. Когда параметр является ссылкой, массивы не преобразовываются в указатели (см. раздел 6.2.4). Типы а и b не совпадают, поэтому вызов ошибочен.