为什么std::weak_ptr没有operator->运算符？

Question

可以这样实现：

  std::shared_ptr<T> operator->() {
      auto shared = lock();
      if(shared == nullptr) {
          throw std::bad_weak_ptr(); // or some other exception
      }
      return shared;
  }

实时演示

为什么weak_ptr的作者决定不使用operator->？（他们一定想过）

我可以想到潜在的原因，但我想知道官方原因是什么，如果存在的话。潜在原因：

• 防止多次调用引用计数的额外增量/减量
• 鼓励显式锁定而不是（有些隐藏的）异常

如果您对返回的shared_ptr的生命周期感到困惑，请参见此文献。

另外，有人问为什么会使用weak_ptr，如果您希望它不过期？答案：循环引用。

- Taylor

Answer 1

原始提案的weak_ptr并没有包括operator->的重载。

我没有查看过每个会议的记录，但已经关注了讨论的内容，也不记得有人提出应该添加它。因此，“官方”原因是它不存在的主要原因可能是没有人提出将其添加。

如果您想回到最初，大多数情况源于John Ellis和David Detlef在1994年Usenix的Safe, Efficient Garbage Collection for C++论文中。其中包括附录B中的weakptr类型。这有些不同(weakptr::pointer直接返回指针，或者如果指向对象已被销毁，则返回空指针)，但仍然没有使用运算符重载来完成任务。

Greg Colvin撰写了将counted_ptr添加到标准中的原始提案。它的counted_ptr 基本上等同于现在所称的shared_ptr，但没有包括任何类似于weak_ptr的东西。

委员会在拒绝了counted_ptr提案并改而采用auto_ptr之后不久，counted_ptr的基本思想在Boost上得到了复兴。我不记得曾经看到过任何关于将operator->添加到其中的讨论，但它在那里“存活”了很长时间，因此完全有可能有人提出了它，而我并不知道。

- Jerry Coffin

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但就我所看到的，所提出的 operator-> 正好符合您所描述的：将其转换为 shared_ptr，并仅在成功访问对象时允许访问（否则会抛出异常）。这有什么不好的呢？ - Mike Seymour

@MikeSeymour：你想要保留shared_ptr，并在其上调用方法，而无需支付同步的成本。 - Alexandre C.

有时您需要进行手动转换，这时手动转换仍然可用。有时您只想访问单个成员，在这种情况下，手动转换只会产生噪音，而所建议的运算符可以使代码更加简洁。 - Mike Seymour

甚至更早的boost文档中关于weak_ptr的最早版本我能轻易找到的是2003年2月10日。这里也没有operator->。版权声明包括“版权所有1999年Greg Colvin和Beman Dawes，版权所有2002年Darin Adler，版权所有2002年、2003年Peter Dimov”，这与您链接的原始提案的作者相吻合。在此处有一些旧文档的片段，1999年提到了智能指针。版本1.20可能会有所启发？ - Yakk - Adam Nevraumont

啊，Boost版本1.20有一个shared pointer，但乍一看没有weak pointer。所以我们可以找到第一个添加weak pointer到Boost的版本。而上述内容证明了std::shared_ptr来自于Boost（提案的作者和论文本身）。 - Yakk - Adam Nevraumont

Answer 2

我来尝试给出为什么这不是一个好主意的好理由：

首先，问题在于清晰度：

ptr->foo();
ptr->bar();

问题在于，在第一次和第二次调用之间，指针可能会到期，可能是由于不同的线程（这将是竞争条件），或者由于对 foo 的调用的副作用。

另外一个问题是对称性：当我有一个指针时，我希望操作符 *，-> 和隐式转换为布尔值。有些人可能不同意，但操作符 * 和 -> 通常是相互关联的。如果这里不是这种情况，我会感到惊讶。

话虽如此，使用 C++11，编写起来就太容易了：

if (auto p = ptr.lock()) {
    p->foo();
    p->bar();
}

如果知道ptr是一个weak_ptr，那么这段代码的意义和行为就非常清晰。

- Ulrich Eckhardt

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在进一步询问后，我认为你关于对称性的观点是正确的。拥有operator->会使weak_ptr在缺少最基本的operator*时更像一个实际指针。 - Taylor

我也意识到这是一个很好的理由。简而言之，weak_ptr不是指针，所以它不必像指针一样表现。也许weak_ref会是更好的选择，但引用这个术语也被使用了。 - Ulrich Eckhardt