指向栈对象的指针但没有所有权

Question

我想要一个类，它带有一个指针成员变量。此指针应该指向一个可以在堆栈或堆上分配的对象。但是，这个指针不应该拥有任何权利。换句话说，当指针超出范围时，不应调用delete。我认为原始指针可以解决这个问题……但是，我不确定C ++ 11是否有比原始指针更好的方法？

class foo{
public:
    bar* pntr
};

int main(){
    bar a;
    foo b;
    b.pntr=&a;
}

- Humam Helfawi

Answer 1

在这里使用原始指针是完全可以的。C++11没有任何其他处理非拥有对象的“愚蠢”智能指针，因此您不能使用C++11智能指针。有一个提案用于非拥有对象的“愚蠢”智能指针：

http://www.open-std.org/jtc1/sc22/wg21/docs/papers/2014/n4282.pdf

已经实验性地实现为 std::experimental::observer_ptr（感谢 @T.C. 的提示）。

另一种选择是使用一个带有自定义删除器的智能指针，该删除器不执行任何操作：

#include <memory>

int main()
{
    int a{42};

    auto no_op = [](int*){};
    std::unique_ptr<int, decltype(no_op)> up(&a, no_op);
}

或者，如评论中@T.C.所提到的，可以使用std::reference_wrapper。

正如@Lightness Races in Orbit所提到的，std::weak_ptr也可能是一种解决方案，因为后者也是一种非拥有智能指针。然而，std::weak_ptr只能从std::shared_ptr或另一个std::weak_ptr构造。一个严重的缺点是std::shared_ptr是一个“重量级”对象（因为内部引用计数机制）。请注意，即使在这种情况下，std::shared_ptr必须具有平凡的自定义删除器，否则它会破坏指向自动变量的指针的堆栈。

- vsoftco

---

你应该真正链接到最新修订版（N4282），或者链接到std :: experimental :: observer_ptr。另外，如果指针永远不应为null，则reference_wrapper也是一种选择。 - T.C.

@vsoftco：谢谢。我原本有一个不同的笑话，但它很糟糕，所以我把它删除了。 - Lightness Races in Orbit

@LightnessRacesinOrbit 即使是“无力”的笑话也可以被“分享”。 - Hatted Rooster

@Voo 所以，例如您（或您库的客户端）不会错误地删除它。在某种意义上，您使其清楚指针是非所有权的。我链接的论文摘要提到：“因此，它旨在成为原始指针类型的近似替代品，具有词汇类型的优势，无需代码读者进行详细分析即可指示其预期使用方式”。 - vsoftco

@vsoftco 好的。在我的代码中，我现在认为任何原始指针都是非拥有的，但我可以看到将其编码的优点。 - Voo

Answer 2

在这里使用裸指针是完全可以的，因为您不打算让指针拥有所指资源的所有权。

- Felix Glas

Answer 3

使用裸指针的问题在于无法确定它是否仍然指向有效对象。幸运的是，std::shared_ptr 有一个别名构造函数，你可以使用它来有效地创建一个具有自动存储期的类成员的 std::weak_ptr。例如：

#include <iostream>
#include <memory>

using namespace std;

struct A {
    int x;
};

void PrintValue(weak_ptr<int> wp) {
    if (auto sp = wp.lock())
        cout << *sp << endl;
    else
        cout << "Object is expired." << endl;
}

int main() {

    shared_ptr<A> a(new A);
    a->x = 42;
    weak_ptr<int> wpInt (shared_ptr<int>(a, &a->x));

    PrintValue(wpInt);
    a.reset();  //a->x has been destroyed, wpInt no longer points to a valid int
    PrintValue(wpInt);

    return 0;
}

打印:

42

对象已过期。

这种方法的主要优点是，weak_ptr不会阻止对象超出范围并被删除，但同时它可以安全地检测对象何时无效。缺点是智能指针的开销增加，以及您最终需要一个指向对象的shared_ptr。也就是说，您不能完全使用在堆栈上分配的对象来实现此目的。

- Carlton

Answer 4

如果你所说的“更好的方法”是指“更安全的方法”，那么是的，我在这里实现了一个“非拥有”的智能指针：https://github.com/duneroadrunner/SaferCPlusPlus。 （无耻的广告提醒，但我认为它在这里是相关的。）因此，你的代码将像这样：

#include "mseregistered.h"
...

class foo{
public:
    mse::TRegisteredPointer<bar> pntr;
};

int main(){
    mse::TRegisteredObj<bar> a;
    foo b;
    b.pntr=&a;
}

TRegisteredPointer比原始指针更加“智能”，因为它知道目标何时被销毁。例如：

int main(){
    foo b;
    bar c;
    {
        mse::TRegisteredObj<bar> a;
        b.pntr = &a;
        c = *(b.pntr);
    }
    try {
        c = *(b.pntr);
    } catch(...) {
        // b.pntr "knows" that the object it was pointing to has been deleted so it throws an exception. 
    };
}

TRegisteredPointer通常比std::shared_ptr具有更低的性能成本。当您有机会在堆栈上分配目标对象时，性能成本会更低。虽然它仍然相对较新且文档不太完善，但该库包括其使用的注释示例（在文件“msetl_example.cpp”的下半部分）。

该库还提供了TRegisteredPointerForLegacy，它比TRegisteredPointer略慢，但几乎可以在任何情况下用作原始指针的替代品。（特别是在目标类型完全定义之前可以使用它，而这不是TRegisteredPointer的情况。）

就您的问题的情感而言，我认为它是有效的。到现在为止，C++程序员应该至少有避免无效内存访问风险的选择。原始指针也可能是一个有效的选择，但我认为这取决于上下文。如果它是一种复杂的软件，在其中安全性比性能更重要，则更安全的替代方案可能更好。

- Noah

Answer 5

只需动态分配对象并使用shared_ptr即可。是的，它实际上会删除该对象，但仅当它是具有引用的最后一个对象时才会删除。此外，它还可以防止其他人删除它。这正是正确的做法，既避免了内存泄漏，也避免了悬空指针。还要查看相关的weap_ptr，如果指向物的生命周期要求不同，您也可以利用它。

- Ulrich Eckhardt

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那不正确。如果指针指向自动变量，那么最终会破坏堆栈。 - vsoftco

好的，我没有清楚表达这一部分。无论如何，我建议阅读说明书，以避免像这样的常见陷阱。 - Ulrich Eckhardt

在这方面，我同意Urlich和其他人的观点：C++有太多的内存模型（适用于大型应用程序、通用计算），同意这种“过度设计”（某种程度上）可以通过使用来自静态/分配/等智能指针的分配数据部分来减少。相反，低硬件项目需要使用更具攻击性的代码。顺便说一句，在许多uC上，堆栈是高限制资源。 - Jacek Cz