有通用的智能指针吗？

Question

我最近了解了各种智能指针类型，特别是unique_ptr将非常有用，shared_ptr与weak_ptr也在一定程度上很有用。然而，我不确定如何创建可以处理任何指针类型的“通用”函数，以及是否这样做是个好主意。

假设你有一个由智能指针封装的对象向量，并且你想使用一个函数对所有元素应用某些操作，类似于以下内容：

void doSomething(vector<shared_ptr<SomeType>>& array) {
   // iterate over all array elements and do something
}

显然，你需要复制这个函数三次，分别针对shared_ptr、unique_ptr和weak_ptr，这有点繁琐。更好的方法是使用“通用”或“多态”的智能指针类型，以适应所有这些类型作为函数参数使用：

void doSomething(vector<generic_ptr<SomeType>>& array) {
   // iterate over all array elements and do something
   // no matter if array is a vector<shared_ptr> or vector<unique_ptr>
}

那么，是否存在这样的智能指针？如果有的话-使用它可能会出现哪些问题？如果没有-为什么没有？

- Askaga

Answer 1

不同的指针类型允许使用不同的所有权处理方式，需要不同的运行时开销。在您的情况下，您可以使用模板：

template<typename TVector>
void doSomething(TVector& array) {
   // iterate over all array elements and do something
}

对于所有智能（和不太智能）指针，使用通用的operator*和operator->

- alexrider

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我想知道类似 template<typename generic_ptr> void doSomething(vector<generic_ptr<SomeType>>& array) 这样的代码是否可行。 - Bernhard Barker

@Dukeling 通过使用 template<template<class> class generic_ptr, class SomeType> void doSomething(vector<generic_ptr<SomeType>>& array) 可能会解决问题，但我不知道它有什么用处。 - alexrider

@Dukeling：这太荒谬了。如果容器更改为deque怎么办？如果用户有一个带有非标准分配器的向量呢？在整个容器类型上进行模板化更自然。 - Kerrek SB

你可能想将模板参数命名为 RangeOfPointersToSomeType 或类似的名称，以向读者表明 doSomething 函数将对元素进行解引用，并期望在其末尾找到一个 SomeType。 - Steve Jessop

@KerrekSB 那么您也许可以以同样的方式对容器进行模板化，但我确实看到了潜在的问题（如果未来更改导致问题，则更改2行并不是什么大问题）。虽然从安全编码的角度来看这对我来说很有意义-您传递给函数的类型不正确的可能性较小，这可能会引发可能具有隐晦性的错误或在某些情况下实际编译。但是，Steve更好地命名参数的建议可能更实用。 - Bernhard Barker

Answer 2

一些误解导致了尴尬的代码风格：

1. 智能指针与裸指针一样通用：在调用所指对象的函数时，您可以将它们作为同类对待。如果您真的需要将它们传递给接受裸指针的函数（而且这些函数不会拥有智能指针），则可以使用它们的 get() 函数来获取指针。参见 3。

2. 操作集合的函数不应将集合作为参数，而应该是一个模板，其中包含一对迭代器，然后通过取消迭代器所指向的指针，给您提供对真实对象的引用。

3. 不要编写具有裸指针参数的函数。改用引用，并在调用站点上取消引用。我知道这并非总是可能的，但大多数情况下都是。

替代在函数中循环的方法是使该函数作用于单个对象（引用），并将循环放在调用站点。C++11 使此非常简洁：

void some_function(item_type& item); // const if necessary
for(auto&& item_ptr : collection_of_item_smart_ptrs)
  some_function(*item_ptr);

不用任何语法或风格上的困扰，清晰地表达意图、目的和类型。

- rubenvb

Answer 3

所有这些指针类型实际上都包装了一个裸指针。因此我们有两种情况：

1. 您的方法以某种方式修改指针。在这种情况下，您将无法将其概括为应该根据类型有不同的情况。

2. 您从未修改指针。只需将const裸指针传递给函数即可。

- Ivaylo Strandjev

Answer 4

每种智能指针类型都有自己的使用模式。

• unique_ptr 不能放在容器中，它既不可复制也不可复制赋值

• weak_ptr 必须转换为 shared_ptr 才能访问引用对象。例如可用于缓存，但在各处使用时不方便。

• 在您的情况下，shared_ptr 是最好的选择。

- Marius

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当您拥有符合要求的unique_ptr时，您就处于C++11世界中，然后您可以将不可复制、不可复制分配的类型存储在容器中，前提是它们是可移动的。 unique_ptr是可移动的。 - CB Bailey

@Charles Bailey：您说得完全正确。使用C++11版本是完美的选择。我总是想知道为什么人们在涉及C(++)时总是假设你指的是旧标准，而不是现有版本（即使并非所有功能都在所有编译器中都可用）。 - Askaga