c++ - Make_shared - 自己的实现

Question

我正在尝试自己实现 shared_ptr。 make_shared 有问题。 std::make_shared 的主要特点是它在连续的内存块中分配计数器 block 和对象。我怎样才能做同样的事情？

我试过这样做:

template<class T>
class shared_ptr
{
private:
    class _ref_cntr
    {
    private:
        long counter;

    public:
        _ref_cntr() :
            counter(1)
        {
        }

        void inc()
        {
            ++counter;
        }

        void dec()
        {
            if (counter == 0)
            {
                throw std::logic_error("already zero");
            }

            --counter;
        }

        long use_count() const
        {
            return counter;
        }
    };

    template<class _T>
    struct _object_and_block
    {
        _T object;
        _ref_cntr cntr_block;

        template<class ... Args>
        _object_and_block(Args && ...args) :
            object(args...)
        {
        }
    };

    T* _obj_ptr;
    _ref_cntr* _ref_counter;

    void _check_delete_ptr()
    {
        if (_obj_ptr == nullptr)
        {
            return;
        }

        _ref_counter->dec();

        if (_ref_counter->use_count() == 0)
        {
            _delete_ptr();
        }

        _obj_ptr = nullptr;
        _ref_counter = nullptr;
    }

    void _delete_ptr()
    {
        delete _ref_counter;
        delete _obj_ptr;
    }

    template<class _T, class ... Args>
    friend shared_ptr<_T> make_shared(Args && ... args);

public:
    shared_ptr() :
        _obj_ptr(nullptr),
        _ref_counter(nullptr)
    {
    }

    template<class _T>
    explicit shared_ptr(_T* ptr)
    {
        _ref_counter = new counter_block();
        _obj_ptr = ptr;
    }

    template<class _T>
    shared_ptr(const shared_ptr<_T> & other)
    {
        *this = other;
    }

    template<class _T>
    shared_ptr<T> & operator=(const shared_ptr<_T> & other)
    {
        _obj_ptr = other._obj_ptr;
        _ref_counter = other._ref_counter;

        _ref_counter->inc();

        return *this;
    }

    ~shared_ptr()
    {
        _check_delete_ptr();
    }

};

template<class T, class ... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args)
{
    shared_ptr<T> ptr;
    auto tmp_object = new shared_ptr<T>::_object_and_block<T>(args...);
    ptr._obj_ptr = &tmp_object->object;
    ptr._ref_counter = &tmp_object->cntr_block;

    return ptr;
}

但是当我删除对象和计数器 block 时，出现无效堆 block 异常。

Answer 1

注意_T是 reserved name并且您不得将它用于您自己的类型/变量/参数等的名称。

问题出在这里:

void _delete_ptr()
{
    delete _ref_counter;
    delete _obj_ptr;
}

这对于 make_shared 是错误的情况，因为您没有分配两个单独的对象。

为 make_shared 采取的方法在 Boost 和 GCC 中 shared_ptr是使用新的派生类型控制 block ，在基类中包含引用计数，在派生类型中为托管对象增加存储空间。如果你做 _ref_cntr负责通过虚函数删除对象，然后派生类型可以覆盖该虚函数来做一些不同的事情(例如，只需使用显式析构函数调用来销毁对象而不释放存储)。

如果你给_ref_cntr然后是一个虚拟析构函数 delete _ref_counter将正确地破坏派生类型，所以它应该变成这样的:

void _delete_ptr()
{
    _ref_counter->dispose();
    delete _ref_counter;
}

尽管如果您不打算添加 weak_ptr支持那么就没有必要将托管对象和控制 block 的销毁分开，你可以让控制 block 的析构函数同时做这两件事:

void _delete_ptr()
{
    delete _ref_counter;
}

您当前的设计无法支持 shared_ptr 的一个重要属性, 即 template<class Y> explicit shared_ptr(Y* ptr)构造函数必须记住 ptr 的原始类型然后调用 delete，而不是 _obj_ptr (已转换为 T* )。查看note在 boost::shared_ptr 的相应构造函数的文档中.使这项工作_ref_cntr需要使用类型删除来存储原始指针，与 _obj_ptr 分开在shared_ptr对象，所以 _ref_cntr::dispose()可以删除正确的值。还需要设计中的更改来支持 aliasing constructor .

class _ref_cntr
{
private:
    long counter;

public:
    _ref_cntr() :
        counter(1)
    {
    }

    virtual ~_ref_cntr() { dispose(); }

    void inc()
    {
        ++counter;
    }

    void dec()
    {
        if (counter == 0)
        {
            throw std::logic_error("already zero");
        }

        --counter;
    }

    long use_count() const
    {
        return counter;
    }

    virtual void dispose() = 0;
};

template<class Y>
struct _ptr_and_block : _ref_cntr
{
    Y* _ptr;
    explicit _ptr_and_block(Y* p) : _ptr(p) { }
    virtual void dispose() { delete _ptr; }
};

template<class Y>
struct _object_and_block : _ref_cntr
{
    Y object;

    template<class ... Args>
    _object_and_block(Args && ...args) :
        object(args...)
    {
    }

    virtual void dispose() { /* no-op */ }
};

有了这个设计，make_shared变成:

template<class T, class ... Args>
shared_ptr<T> make_shared(Args && ... args)
{
    shared_ptr<T> ptr;
    auto tmp_object = new shared_ptr<T>::_object_and_block<T>(args...);
    ptr._obj_ptr = &tmp_object->object;
    ptr._ref_counter = tmp_object;

    return ptr;
}

所以 _ref_counter指向分配的控制 block ，当你做 delete _ref_counter这意味着你有一个正确匹配的 new/delete分配和解除分配同一对象的对，而不是使用 new 创建一个对象然后尝试 delete两个不同的对象。

添加weak_ptr支持您需要向控制 block 添加第二个计数，并将调用移至 dispose()在析构函数之外，因此当第一个计数变为零时调用它(例如在 dec() 中)并且仅在第二个计数变为零时调用析构函数。然后以线程安全的方式完成所有这些会增加很多微妙的复杂性，这比这个答案需要更长的时间来解释。

此外，您的这部分实现是错误的并且会泄漏内存:

void _check_delete_ptr()
{
    if (_obj_ptr == nullptr)
    {
        return;
    }

可以构造一个 shared_ptr使用空指针，例如shared_ptr<int>((int*)nullptr) ，在这种情况下，构造函数将分配一个控制 block ，但是因为 _obj_ptr为空，您将永远不会删除控制 block 。