高效优雅地返回已放置的unique_ptr

Question

我发现（感谢StackOverflow评论）我的代码存在安全漏洞：

std::vector<std::unique_ptr<Item>> items;

template<class... TS> Item& create(TS&&... mArgs)
{
    auto item(new Item(std::forward<TS>(mArgs)...);
    items.emplace_back(item); // Possible exception and memory leak
    return *item;
}

基本上，如果emplace_back抛出异常，使用原始的new为Item分配内存可能会导致内存泄漏。

解决方案是从不使用原始的new，而是在方法体中使用std::unique_ptr。

std::vector<std::unique_ptr<Item>> items;

template<class... TS> Item& create(TS&&... mArgs)
{
    auto item(std::make_unique<Item>(std::forward<TS>(mArgs)...);
    items.emplace_back(std::move(item));
    return *item; // `item` was moved, this is invalid!
}

如您所见，返回item是无效的，因为我必须使用std::move移动item以将其放置到items容器中。

我想不出需要在额外变量中存储item地址的解决方案。然而，原始（有缺陷的）解决方案非常简洁易读。

是否有更优雅的方法返回已移动以用于容器插入的std::unique_ptr？

- Vittorio Romeo

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返回 *items.back()； - Jarod42

如果那个 items 向量突然消失了呢？ - Joker_vD

顺便提一下，注意代码只提供基本的异常保证：如果 emplace_back 抛出异常，参数将已经被移动。 - avakar

@avakar，有没有解决这个问题的方法？ - Vittorio Romeo

@avakar @VittorioRomeo 我认为这不是问题，传递进去的临时变量本来就会被销毁。至于拷贝，只有当某些参数的拷贝构造函数是非const时才会有问题。 - Joker_vD

Answer 1

你可以这样写：

你可以写：

template<class... TS>
Item& create(TS&&... mArgs)
{
    items.emplace_back(std::make_unique<Item>(std::forward<TS>(mArgs)...));
    return *items.back();
}

- Jarod42

Answer 2

在emplace操作之前缓存引用是一种更普遍适用的选项（例如，对于非向量容器）：

template<class... TS> Item& create(TS&&... mArgs)
{
    auto item = std::make_unique<Item>(std::forward<TS>(mArgs)...);
    auto& foo = *item;
    items.emplace_back(std::move(item));
    return foo; // This *is* valid.
}

- Casey

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虽然我认为如果 emplace 抛出异常仍可能会出现问题，但 Andrej 最近有一篇文章建议先调用 .reserve()。 - NoSenseEtAl

@NoSenseEtAl 这基本上是我们在 OP 的评论中讨论的问题 - 尽管没有人真正明确表达。这足以提供基本的异常安全保证：如果 emplace_back 抛出异常，则作为 rvalue 传递给 create 的参数将保留在移动状态下，并且其内部将被摧毁。如果需要提供强异常安全保证，则应该在任何其他操作之前，特别是潜在的将参数移动到 unique_ptr 中之前，预留向量中的空间 items.reserve(items.size() + 1)。 - Casey

更正：由于无法确保Item构造函数成功或不修改mArgs，因此此函数无法提供强异常安全性保证。您可以保证（a）如果抛出异常，则容器不会改变，以及（b）除非Item构造函数抛出异常，否则参数不会被修改。如果强保证至关重要，则必须修改该函数以接受unique_ptr参数并将其简单地移动到向量中。 - Casey

Answer 3

您的问题标记为C++11，其他建议使用make_unique的答案未提及它是C++14的功能。我认为这种C++11方法也解决了泄漏问题。

#include <vector>
#include <memory>
#include <utility>
#include <iostream>

struct Item
{
   int a, b;
   Item(int aa, int bb) : a{aa}, b{bb} { }
};

static std::vector<std::unique_ptr<Item>> items;

template <class... Ts> Item& create(Ts&&... args)
{
    items.emplace_back(std::unique_ptr<Item>{new Item(std::forward<Ts>(args)...)});
    return *items.back();
}

int main()
{
    Item& x = create(1, 2);
    std::cout << "( " << x.a << ", " << x.b << " )" << std::endl;
}

这应该是安全的，因为只有在已经构造了一个unique_ptr<Item>之后才能调用emplace_back()，所以即使emplace_back()抛出异常，你的Item已经由unique_ptr管理。

- zmb

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在 create 函数中，这个 unique_ptr<Item> 是在哪里构造的？我没有看到它。你是不是想写成 items.emplace_back(std::unique_ptr<Item>{new Item(std::forward<Ts>(args)...)});？ - Casey

我想当时我认为unique_ptr<Item>必须从emplace_back的参数中隐式构造，但现在我明白那是不对的。是的，你的建议看起来更好。 - zmb