C++11中如何使用非拥有引用/指针访问unique_ptr？

Question

这不是一个“如何做”而是“如何以正确的方式做”的问题。

我正在使用Qt开发一个编辑器，其中不同的小部件会显示子级及其成员变量。每个小部件都应该持有对编辑的子对象的引用/指针，以显示和更改它们的成员变量。

第一次尝试是我学过（并且还在使用）的旧ANSI C方式，即使用简单的原始指针来引用已使用的对象。虽然这种方法很好用，但由于C++11标准支持智能指针并建议使用它们，我正在尝试使用它们。

问题是，我不太确定在这种情况下应该使用哪种智能指针……阅读了智能指针：谁拥有你？和我什么时候使用哪种指针?和其他一些文章后，我得出了不同的结论:

第一种方法是使用*unique_ptr，因为明显被编辑的对象是所有者，它创建并删除其子项。小部件只是引用子项以显示或更改它们。

问题在于小部件应该如何引用子项......

目前我只是使用通过unique_ptr的get()方法得到的原始指针，但这似乎有些不完善。我仍然可能意外调用指针的delete函数并取消智能指针的好处。

第二种方法是使用shared_ptr，因为许多对象都引用并编辑它。同时，在一个小部件中意外删除它也不会有任何影响，因为它仍然被其他对象拥有。 问题在于它们拥有它。当我想从已编辑的对象中删除它时，我还必须通知所有小部件在它真正消失之前删除它。（这似乎又有缺陷且容易出错）

我对这两种方法都不太满意。是否有一种更清洁的方式来指向对象的unique_ptr子项？或者我错过了完全不同且更好的解决此问题的方法？

- nils277

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当被引用的对象被销毁时，您需要通知引用对象吗？ - Benjamin Lindley

在这种情况下，我们真的需要“愚蠢智能指针”。 - Mark Garcia

@BenjaminLindley 目前他们需要被警告，删除相应的小部件/控件并在删除时不再使用它们。例如，一个小部件需要获取一个子元素的坐标以将其放置在OpenGL渲染视图中。但我真的尽量避免这种情况，因为每个小部件都需要对发出的信号做出反应。当所有者能够自行确定对象是否仍然存在时，这将更理想。 - nils277

如果你完全不使用delete，那么就永远不会“意外地”调用指针上的delete。因此，如果你仍然可能在指针上“意外地”调用delete，那只有在你确实使用了delete时才会发生。简而言之，禁止你的代码中所有对delete的使用即可。 - Nicol Bolas

对Nicol点个赞。你可能会意外地“删除”一个你不拥有的指针。你也可能会意外地调用abort()函数。意外是看人的眼光而定的。 - Potatoswatter

你使用unique_ptr的对象，它们是QObject的子类吗？如果是的话，请确保它们没有父对象，并考虑使用Qt的父子机制而不是智能指针，并考虑使用QPointer作为QObject的智能指针。如果它们不是QObject的子类，则可以使用std::的智能指针。 - hyde

Answer 1

您的使用情况不能直接转化为要求（如果其他人在您编辑时删除了小部件怎么办？），但我假设您不需要除裸指针之外的任何内容。

标准库不提供任何严格的指针观察器类。观察实体包括：

- 可空的原生类型可变指针（T*） - 不可空的原生类型不可变引用（T&） - 不可空的类类型可变引用/代理（std::reference_wrapper） - 可空的自验证管理对象可变指针（std::weak_ptr）

如果您想要一个非空的，可变的指向非管理对象的指针，这是一件相当合理的事情，您可以自己编写代码。

但是裸指针并不那么糟糕。唯一的区别是它可以是nullptr，并且它没有一个漂亮、长、显式的名称在std命名空间中。

- Potatoswatter

Answer 2

你想使用shared_ptr替换你的unique_ptr和weak_ptr，这样可以完全满足你的需求。使用weak_ptr不会影响编辑对象删除底层对象的能力。

- Paul Evans

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谢谢，这看起来就是我要找的东西。 - nils277

Answer 3

如果您正在使用Qt，您可能会考虑使用Qt智能指针而不是std::智能指针：

• QShardPointer 和 QWeakPointer

或者对于QObjects：

• QPointer（或QWeakPointer，特别是在Qt4中）

或者为了实现写时复制数据共享，使用Qt容器和QString风格：

• QSharedDataPointer

还有其他指针类，但以上一些最有可能做到你想要的。另外很重要的一点是，如果您的数据在Qt容器类中，如QStrings等，它们处理自己的内存，并具有写时复制语义，通常应该作为普通值（有时作为引用）传递，而不是指针。

但最重要的是，不要将std::unique_ptr或std::shared_ptr与具有父项的QObjects一起使用，因为如果父项先删除子项，则std::指针将再次删除它，导致程序崩溃（另一种方法将正常工作，子项将通知其父项已被删除）。换句话说，如果混合使用QObjects和std::指针，可能会出现微妙的错误，因此请不要这样做。从您的问题中不清楚是否正在这样做，只是以防万一提及。

- hyde

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你说得很好。我没想到QObject会和std::pointer有问题。我认为，由于我的对象派生自QObject以利用信号和槽，所以 QSharedPointer 和 QWeakPointer 是我要走的路线。 - nils277

请注意，QSharedPointer 存在相同的问题，它没有针对由父对象删除的 QObject 的特殊支持。如果没有父对象，则没问题，但是如果有父对象，则同样适用。我想这是一种可以接受的方式，如果您的 QObjects 没有任何逻辑父/所有者，请小心记住保持这种状态（例如，不要有允许提供父对象的构造函数）。如果它们有父对象，则只需使用 QPointer 在其他地方保存弱引用即可。 - hyde

Answer 4

有一个提议针对世界上最愚蠢的智能指针，它是一个非拥有指针。基本上，它是一个T*，表示“哦，顺便说一下，我不对这个数据拥有任何所有权”。

在这种情况下，您必须管理观察/被动/愚蠢指针的重置，如果unique_ptr消失--半手动生命周期管理。在拥有上述功能之前，使用一个名称指示其为非拥有的原始T*同样有效。

做以上操作有好处，特别是当您拥有具有相关生命周期的对象时。

如果您不这样做，那么一个 shared_ptr 和 weak_ptr 可以起作用。但是请注意，任何拥有 weak_ptr 的人都可以创建一个新的 shared_ptr，从而延长共享对象的生命周期超出原始的 shared_ptr。这必须发生，否则就会存在一种竞态条件，即使用 weak_ptr 的用户确保其数据有效，然后去使用它，但在他们这样做之前，shared_ptr 的数据已经被销毁。

因此，weak_ptr 必须能够防止 shared_ptr 被销毁（在多线程上下文中进行阻塞，在单线程上下文中以某种方式“失败”）。在这种情况下，“失败”包括扩展寿命，这解决了多线程和单线程问题。

单线程问题是，您验证 weak_ptr 是否好，执行某些导致 shared_ptr 重置的操作，然后继续希望使用 weak_ptr 的数据而不重新检查。天真地说，它可以通过异常避免，但仔细检查后，您会遇到问题：必须编写所有方法以在访问 this 之前检查删除并如果 this 被删除则抛出异常，这是一个相当严格的要求！

- Yakk - Adam Nevraumont