另一种类型的智能 ptr，比如带有弱引用的 unique_ptr？

Question

我最近遇到了一个问题，既不是unique_ptr也不shared_ptr是正确的解决方案。所以，我正在考虑发明另一种智能 ptr（如下所述），但我心里想“我当然不是第一个想要这个的人”。

所以我的高级问题是：

• 下面的设计有意义吗？
• 是否有某种方法可以使用现有的智能 ptr（或其他std::功能）来实现这一点，也许我遗漏了什么？

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要求：

• 我想要单一所有权，很像 unique_ptr
  • 也就是说：只有当单个拥有指针死亡时，才应该释放底层对象（与shared_ptr的行为不同）。
• 我想要一些额外的方法来引用对象被删除时“知道”的对象。因此，类似于weak_ptr, 但要与单一所有权模型一起使用。
• 我也没有需要线程安全

激励示例：

假设我正在迭代一个接口指针列表，在它们上调用方法。其中一些方法可能会导致列表中稍后的项目被删除。

使用普通指针，我会得到那些已删除项目的悬空引用。

建议设计：

让我们调用拥有指针my_ptr和非拥有引用my_weak_ptr。

对于给定的对象，我们可能有这样的图表：

                             _______
my_ptr<Obj> owner ---------> |Obj* | -------> [Obj data ... ]
                      +----> |count|
                      | +--> |_____|
my_weak_ptr<Obj> A ---+ |
                        |
my_weak_ptr<Obj> B -----+

my_ptr将有一个与unique_ptr. 在内部，它将存储一个指向“控制块”的指针，该指针实际上只是“真实”指针和控制块本身的引用计数。在销毁时，my_ptr将控制块指针设置为 NULL 并减少引用计数（并删除控制块，如果合适）。

my_weak_ptr将是可复制的，并且有一些get()方法可以返回真实的Obj*. 用户将负责在使用它之前检查它是否为 NULL。在销毁时，my_weak_ptr将减少计数（并删除控制块，如果合适）。

缺点是每次访问都要通过内存两跳。对于my_ptr，这也可以通过在Obj*内部存储 true 来缓解，但my_weak_ptr引用将始终必须支付双跳成本。

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编辑：一些相关问题，来自给出的链接：

• std::unique_ptr 的非所有权副本
• 创建不可复制的共享指针模拟（以启用weak_ptr 跟踪/借用类型语义）是否可能/可取？
• 通过不同类型的“所有权”和“引用”更好的 shared_ptr ？

所以似乎有这样的需求，但没有灌篮解决方案。如果需要线程安全shared_ptr并且weak_ptr是正确的选择，但如果不需要，它们会增加不必要的开销。

也有boost::local_scoped_ptr，但仍然是共享所有权模式；我宁愿阻止拥有指针的副本，例如unique_ptr.

Answer 1

上面的评论中有一些很好的讨论，所以我将尝试回答我自己的问题并总结：

首先，整个概念有一个总体缺点：任何用户都my_weak_ptr需要非常小心，不要调用某些可能导致底层对象被删除的函数。或者如果他们这样做了，他们需要重新检查弱指针是否为空。这是对用户施加的非强制（且无法强制）约束，就像他们使用原始指针一样。

话虽这么说：这不是新领域。在随后的研究中，我发现了这种想法的各种体现：

• VISH StrongPtr/WeakPtr
  • 非常合适。请注意，它WeakPtr没有lock()方法，文档中说“如果引用的对象从其他地方被销毁，弱指针会神奇地变为空”。
  • 然而，它仍然是可复制的，因此并不表达独特的所有权。
• 洛基强者
  • 通过适当使用令人眼花缭乱的策略选择（或者可能是自定义策略），我认为我所描述的内容是可以实现的。
• 可追踪指针
  • 一种不同的方法，因为您T必须包装为trackable<T>，但类似的问题正在解决。

还有一些“相当不错但不太理想”的解决方案更接近std：

• 使用shared_ptr和weak_ptr.
  • 缺点：线程安全开销、可复制的所有者 ptr、多个引用计数。
• boost::local_shared_ptr，它与weak_ptr.
  • 缺点：可复制所有者 ptr、多个引用计数。

可能local_shared_ptr是最好的开箱即用解决方案，具有高品质和很少的缺点。

然而，为了真正挤出最后几个字节并禁止复制，需要一个自定义解决方案。

除此之外，更哲学地说：

从这里的讨论和其他阅读中，我感觉到许多人相信所有权的二元方法：要么是共享的（因此使用shared_ptr，这也为您提供了通过 共享的观察weak_ptr），要么是唯一的（因此使用unique_ptr）。

这可能涵盖了 90% 以上的案例。然而，我想要具有共同观察的独特所有权（这是我的措辞；您可能会根据您的语义使用不同的单词）。可能太极端了，无法被标准涵盖，但我认为对于资源受限的系统来说，这似乎是一个合理的利基市场。