make_unique 和完美转发

Question

为什么标准的C++11库中没有std::make_unique函数模板？我发现这个问题非常困扰。

std::unique_ptr<SomeUserDefinedType> p(new SomeUserDefinedType(1, 2, 3));

有点啰嗦。以下的表述不是更好吗？

auto p = std::make_unique<SomeUserDefinedType>(1, 2, 3);

这样可以很好地隐藏new，并且只提到了类型一次。

无论如何，这是我对make_unique实现的尝试：

template<typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args)
{
    return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Args>(args)...));
}

我花了相当长的时间才使std :: forward编译通过，但我不确定它是否正确。它是正确的吗？std::forward<Args>(args)... 究竟意味着什么？编译器对此做出了什么样的处理？

- fredoverflow

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几乎可以肯定我们之前讨论过这个问题... 还要注意 unique_ptr 带有第二个模板参数，你应该以某种方式进行适配，这与 shared_ptr 不同。 - Kerrek SB

@Kerrek：我认为对make_unique进行参数化使用自定义删除器是没有意义的，因为它显然是通过普通的new进行分配的，因此必须使用普通的delete :) - fredoverflow

@Fred：没错。因此，提出的make_unique将局限于new 分配…… 如果你想写它，那很好，但我可以理解为什么这样的东西不是标准的一部分。 - Kerrek SB

实际上，我喜欢使用make_unique模板，因为std::unique_ptr的构造函数是显式的，所以从函数返回unique_ptr很冗长。此外，我更喜欢使用auto p = make_unique<foo>(bar, baz)而不是std::unique_ptr<foo> p(new foo(bar, baz))。 - Alexandre C.

make_unique将在C++14中出现，详见http://isocpp.org/blog/2013/04/trip-report-iso-c-spring-2013-meeting。 - stefan

Answer 1

C++ 标准化委员会主席 Herb Sutter 在他的博客上写道：

C++11 没有包括 make_unique 部分是疏忽，未来它几乎肯定会被添加。

他还给出了一个与 OP 给出的相同的实现。

编辑：std::make_unique现在是C++14的一部分。

- Johan Råde

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一个make_unique函数模板本身并不能保证调用的安全性，它依赖于约定，即调用者使用它。相比之下，严格的静态类型检查（这是C++和C之间的主要区别）建立在通过类型来强制安全性的思想上。为此，make_unique可以简单地成为一个类，而不是函数。例如，请参阅我2010年5月的博客文章。它也链接到了Herb的博客讨论中。 - Cheers and hth. - Alf

@DavidRodríguez-dribeas：阅读Herb的博客以了解异常安全问题。忘记“不设计为派生”的说法，那只是废话。我现在认为，与其将make_unique作为一个类，不如将其作为一个生成make_unique_t的函数，原因是最恶劣的解析存在问题 :-)。 - Cheers and hth. - Alf

@Cheersandhth. - Alf：也许我们读的不是同一篇文章，因为我刚刚阅读的那篇文章明确表示make_unique提供了强异常保证。或者你混淆了工具和使用方法，在这种情况下，没有函数是异常安全的。考虑void f(int *, int *){}，显然提供了no throw保证，但是按照你的推理，它不是异常安全的，因为它可能被误用。更糟糕的是，void f(int, int){}也不是异常安全的！：typedef unique_ptr<int> up; f(*up(new int(5)), *up(new int(10)))... - David Rodríguez - dribeas

@Cheersandhth.-Alf：我问了关于上述实现的make_unique中的异常问题，你给我指了一篇Sutter的文章。我的谷歌搜索结果显示，该文章指出make_unique提供了强异常保证，这与你上面的说法相矛盾。如果你有其他文章，我很感兴趣阅读。所以我的最初问题仍然存在：如何证明make_unique(如上定义)不是异常安全的？（顺便说一句：是的，我认为在可以应用的地方，make_unique可以提高异常安全性） - David Rodríguez - dribeas

我不打算使用一个不太安全的 make_unique 函数。首先，我不认为这个函数存在不安全的问题，而且我也不认为添加额外的类型会让它更加“安全”。我所知道的是，我有兴趣了解这个实现可能存在的问题（我并没有看到任何问题），以及替代实现如何解决这些问题。make_unique 依赖哪些“规则”？如何使用类型检查来确保安全性？这是我想要得到答案的两个问题。 - David Rodríguez - dribeas

Answer 2

很好，但是Stephan T. Lavavej（更为人所知的是STL）提供了一个更好的解决方案用于make_unique，它能正确处理数组版本。

#include <memory>
#include <type_traits>
#include <utility>

template <typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique_helper(std::false_type, Args&&... args) {
  return std::unique_ptr<T>(new T(std::forward<Args>(args)...));
}

template <typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique_helper(std::true_type, Args&&... args) {
   static_assert(std::extent<T>::value == 0,
       "make_unique<T[N]>() is forbidden, please use make_unique<T[]>().");

   typedef typename std::remove_extent<T>::type U;
   return std::unique_ptr<T>(new U[sizeof...(Args)]{std::forward<Args>(args)...});
}

template <typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args) {
   return make_unique_helper<T>(std::is_array<T>(), std::forward<Args>(args)...);
}

你可以在他的Core C++ 6视频中看到这个。

STL的make_unique更新版本现在可作为N3656获得。这个版本被采纳进入了C++14草案。

- tominator

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make_unique被Stephen T Lavalej提议加入下一个std更新。 - tominator

这是他谈论添加它的链接。 http://channel9.msdn.com/Series/C9-Lectures-Stephan-T-Lavavej-Core-C-/STLCCSeries6#c634889372900373011 - tominator

为什么要对无关紧要的编辑进行修改，Xeo？它原本就很好了。那段代码正是Stephen T. Lavalej编写的，他在维护std库的dinkumware公司工作。你已经在那个墙上发表过评论了，所以你应该知道。 - tominator

make_unique 的实现应该放在头文件中。头文件不应该导入命名空间 (请参考 Sutter/Alexandrescu 的 "C++ 编程规范" 一书中的第59条)。Xeo 的更改有助于避免鼓励不良的编码习惯。 - Bret Kuhns

不幸的是，VC2010甚至我认为连VC2012都不支持，两者都不支持可变模板参数。 - zhaorufei

这个实现现在已经在VC2013中，该版本已经发布。 它也将包含在其他允许C++13的最新版本的C++ IDE中。 - tominator

Answer 3

虽然你可以编写自己的帮助程序，但我认为提供库中的make_shared<T>的主要原因是它实际上创建了与shared_ptr<T>(new T)不同的内部共享指针类型，这是不同分配的，并且没有其他方法可以实现这一点而不使用专用的帮助程序。

另一方面，您的make_unique包装器只是一个围绕new表达式的语法糖，因此虽然它可能看起来很舒服，但它并没有为表格带来任何新东西。 更正：事实上，这并不正确：在调用函数void f(std::unique_ptr<A> &&, std::unique_ptr<B> &&)的情况下，使用函数调用来包装new表达式提供异常安全性。如果两个未排序的new表达式之一由于异常而失败，则另一个可能会泄漏资源。至于为什么标准中没有make_unique：这只是被遗忘了。（偶尔会发生这种情况。标准中也没有全局的std::cbegin，即使应该有一个。）

还要注意，unique_ptr需要第二个模板参数，您应该以某种方式允许它；这与shared_ptr不同，后者使用类型擦除来存储自定义删除器，而不将其作为类型的一部分。

- Kerrek SB

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@FredOverflow：共享指针是一个比较复杂的类；它在内部保留了一个多态引用控制块，但有几种不同类型的控制块。shared_ptr < T > (new T)使用其中之一，而make_shared < T >()使用不同的控制块。允许这种情况是件好事，而make-shared版本在某种程度上是你可以得到的最轻量级的共享指针。 - Kerrek SB

shared_ptr 在创建时分配了一个动态内存块来管理计数和“释放器”操作。如果您明确传递指针，则需要创建一个新的内存块；如果使用 make_shared，它可以将您的对象和卫星数据捆绑在单个内存块中（一个 new），从而实现更快的分配/释放、更少的碎片化和（通常）更好的缓存行为。 - Matthieu M.

我认为我需要重新观看shared_ptr and friends... - fredoverflow

“Your make_unique包装器只是对new表达式的语法糖而已，虽然它看起来很好，但并没有带来什么新东西。”这种说法是不正确的。它提供了异常安全函数调用的可能性。但它并不能提供保证，为了达到这一点，它需要成为一个类，这样形式参数就可以声明为该类（Herb将其描述为Opt-in和Opt-out之间的区别）。 - Cheers and hth. - Alf

@Cheersandhth.-Alf：是的，你说得对。我现在意识到了这一点。我会编辑答案。 - Kerrek SB

Answer 4

std::make_shared并不仅仅是std::shared_ptr<Type> ptr(new Type(...));的简写。它还做了一件你没有它就无法做到的事情。

为了达到其目的，std::shared_ptr除了保存指针本身的存储空间外，还必须分配一个跟踪块。然而，由于std::make_shared分配了实际对象，因此可能会在同一块内存中分配对象和跟踪块。

因此，std::shared_ptr<Type> ptr = new Type(...);将需要两个内存分配（一个用于new，一个用于std::shared_ptr跟踪块），而std::make_shared<Type>(...)只需分配一个内存块。

对于许多潜在的std::shared_ptr用户来说，这是非常重要的。而std::make_unique唯一做的事情就是更加方便，除此之外没有其他。

- Nicol Bolas

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不是必需的。提示了，但不是必须的。 - Puppy

不仅仅是为了方便起见，它在某些情况下也可以提高异常安全性。请参考Kerrek SB的回答。 - Piotr99

Answer 5

在C++11中，...也被用于模板代码中的“可变参数展开”。

要求您将其用作包含未展开的参数包的表达式的后缀，并且它将简单地将表达式应用于包中的每个元素。

例如，根据您的示例构建：

std::forward<Args>(args)... -> std::forward<int>(1), std::forward<int>(2),
                                                     std::forward<int>(3)

std::forward<Args...>(args...) -> std::forward<int, int, int>(1,2,3)

我认为后者是不正确的。

此外，未展开的参数包可能无法传递给函数。对于模板参数的参数包，我不确定。

- Matthieu M.

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很高兴看到这个被明确说明了。为什么不也包括可变参数模板参数呢？ - Kerrek SB

我认为 forward 实际上总是需要一个模板参数，不是吗？ - Kerrek SB

嗯，我不是100%确定，但如果您没有指定参数，可能会导致您无法得到您想要的结果--即参数可能被错误地推导。它仍然可以编译，但例如，您可能会强制rvalue变为lvalue。我不确定。 - Kerrek SB

@Matthieu：如果您在std::forward中不指定模板参数，它将无法编译。这是有意设计的错误方式。 - Howard Hinnant

@Howard：没错！强制实例化会触发警告（http://ideone.com/GDNHb）。 - Matthieu M.

Answer 6

受Stephan T. Lavavej实现的启发，我认为有一个支持数组范围的make_unique可能很好，它在github上，我希望能得到您的评论。它允许您这样做：

// create unique_ptr to an array of 100 integers
auto a = make_unique<int[100]>();

// create a unique_ptr to an array of 100 integers and
// set the first three elements to 1,2,3
auto b = make_unique<int[100]>(1,2,3); 

- Nathan Binkert