在这种情况下，我应该使用unique_ptr还是shared_ptr？

Question

在我的QT应用程序的主窗口中，我使用一个 std::shared_ptr 来持有指向我的网络服务实例的指针，该服务管理所有与多个客户端的连接。现在，我必须将此指针传递给多个子窗口，以便它们可以与客户端通信。

我应该在主窗口和子窗口中使用一个 std::shared_ptr 成员变量，并在创建子窗口时传递其副本，还是使用一个 std::unique_ptr 并向子窗口传递原始指针，因为主窗口无论如何都将比子窗口存在时间更久？

非常感谢！

- user66875

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我认为std::shared_ptr会是一个更好的选择，因为你正在谈论子窗口。 - michaeltang

Answer 1

主要的实际区别在于当主窗口销毁时，子窗口仍然存在并且正在使用网络服务时会发生什么：

- 如果你使用unique_ptr并传递原始指针，则行为未定义。 - 如果你使用shared_ptr，则网络服务将一直保留到所有子窗口都被销毁。

如果这个条件从设计上来说是不可能的，那么未定义的行为本质上不是一个问题。如果由于错误导致该条件仍然发生，如果网络服务与主窗口一起销毁，它可能会帮助你检测错误。使用unique_ptr表达了主窗口是唯一拥有网络服务的东西，其他人仅按照主窗口的指示使用它们。另一方面，如果稍后更改设计，并希望使条件合法，或者想以不同的方式使用子窗口，意味着没有单个网络服务对象，它们全部使用并超过了它们的寿命，那么从一开始就使用shared_ptr会更容易。使用shared_ptr表示所有窗口共享对网络服务的所有权。我认为通常不能一般地说你应该尝试使你的代码在"不可能的情况"下继续工作。在这种情况下，这样做非常便宜(当然，相对于创建一个子窗口，shared_ptr的复制更昂贵，但与创建子窗口相比便宜，代码的结构也是一样的)。在某些情况下，有灵活性使"不可能的情况"发生可能是有用的，例如在单元测试子窗口代码时。因此，可能使用shared_ptr以获得灵活性。如果由于其他原因强制执行生命周期约束是一个大问题，那么你可能不想要任何灵活性，因此避免编写只会隐藏错误的代码。

- Steve Jessop

Answer 2

实际上，您还没有探索第三种选择。

传递shared_ptr允许您拥有多个所有者，但在您的情况下似乎这是不必要的；

使用unique_ptr并传递原始指针强制执行单个所有者，但在出现错误的情况下，您将面临未定义的行为（崩溃）。

第三种选择是结合使用weak_ptr：

主窗口使用shared_ptr拥有设备；

子窗口使用weak_ptr；

当子窗口需要使用设备进行通信时，它们将在weak_ptr上调用lock()以暂时获得shared_ptr。然后，您可以断言或抛出异常，如果shared_ptr为空（这是一个错误），否则使用它与设备通信，然后将其释放。

编辑：正如Steve Jessop所指出的，另一个断言是有用的（也是可实现的）：确保当主窗口销毁shared_ptr时，它是最后一个所有者，并且设备已被释放（以防止意外泄漏所有权）。

天真的方法是在销毁之前断言它是唯一的，但不幸的是，它会遇到竞态条件；在调用unique和实际销毁之间，对weak_ptr::lock的调用可能会创建新的所有者。

但是，这可以很简单地完成：

1.从shared_ptr创建一个名为monitor的新weak_ptr；

2.重置shared_ptr；

3.调用monitor.lock()，如果返回非空的shared_ptr，则有一个所有者在外面。

- Matthieu M.

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不可能原子地测试shared_ptr的引用计数并销毁它，对吗？我问这个问题是因为有一个潜在有用的第二个断言可以做到，即当子窗口销毁其shared_ptr时，它不是最后一个所有者。当然，您可以只断言不是unique()，然后销毁。 - Steve Jessop

@SteveJessop：确实很有趣，我会在答案中详细阐述这个论点。 - Matthieu M.

Answer 3

关于使用 std::shared_ptr 还是 std::unique_ptr 的问题，主要取决于所有权。对象是否一次只有一个所有者？还是对象将有多个所有者？

在您的情况下，似乎您需要多个所有者，因此使用 std::shared_ptr 是正确的选择。 不要 使用 std::unique_ptr，然后传递原始封装指针。当您忘记它并且 std::unique_ptr 对象超出范围时，仍然有人可以访问原始指针，这会给您带来麻烦。

- Some programmer dude

Answer 4

我认为，网络服务应该是程序的一个对象，其生命周期应该与程序的生命周期一致。在这种情况下，不能确定是否需要使用任何类型的智能指针；最明显的解决方案是在main中创建局部变量。不管怎样，首先要问自己的是该对象应该具有什么寿命期。如果寿命期对应于main (或任何其他函数)的作用域，则应选择局部变量。如果该对象应该与主窗口的生命周期相对应，则主窗口的成员变量应该是适当的解决方案。所有这些都取决于应用程序如何指定对象的生命周期（这是一个设计问题，不能通过低级编程技术来解决）。

唯一可能需要使用指针的情况是，如果类型是多态的，并且实际类型在运行时未知（例如，因为它由配置文件中的条目确定）。在这种情况下，您必须自己管理生命周期，但如果它确实对应于作用域，则std::unique_ptr可能是一个好的解决方案，因为如果没有移动，则它精确地模拟了作用域变量的生命周期。（我对std::shared_ptr非常怀疑；寿命应该是确定性的，而不依赖于是否有人持有指向它的指针。我也可以想象出网络服务器将保存其客户端的指针的情况，存在循环依赖的风险。）

- James Kanze

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谢谢您指出这一点。但是，我如何从QT窗口访问main()中的局部变量呢？我曾经考虑过将服务设置为“单例”，但是我不想这样做，尽管我不记得原因了。 - user66875