std::unique_ptr

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低层内存管理
 
std::unique_ptr
 
定义于头文件 <memory>
template<

    class T,
    class Deleter = std::default_delete<T>

> class unique_ptr;
 (1) (C++11 起)
template <

    class T,
    class Deleter

> class unique_ptr<T[], Deleter>;
 (2) (C++11 起)

std::unique_ptr 是通过指针占有并管理另一对象，并在 unique_ptr 离开作用域时释放该对象的智能指针。

在下列两者之一发生时用关联的删除器释放对象：

  • 销毁了管理的 unique_ptr 对象
  • 通过 operator= 或 reset() 赋值另一指针给管理的 unique_ptr 对象。

通过调用 get_deleter()(ptr) ，用潜在为用户提供的删除器释放对象。默认删除器用 delete 运算符，它销毁对象并解分配内存。

unique_ptr 亦可以不占有对象，该情况下称它为空 (empty)。

std::unique_ptr 有两个版本：

1) 管理单个对象（例如以 new 分配）
2) 管理动态分配的对象数组（例如以 new[] 分配）

类满足可移动构造 (MoveConstructible) 和可移动赋值 (MoveAssignable) 的要求，但不满足可复制构造 (CopyConstructible) 或可复制赋值 (CopyAssignable) 的要求。

类型要求
-
Deleter 必须是函数对象 (FunctionObject) 或到函数对象 (FunctionObject) 的左值引用或到函数的左值引用，可以 unique_ptr<T, Deleter>::pointer 类型参数调用

注解

只有非 const 的 unique_ptr 能转移被管理对象的所有权给另一 unique_ptr 。若对象的生存期为 const std::unique_ptr 所管理，则它被限定在创建指针的作用域中。

std::unique_ptr 常用于管理对象的生存期，包含：

  • 通过正常退出和经由异常退出两者上的受保证删除，提供异常安全，给处理拥有动态生存期的对象的类和函数
  • 传递独占的拥有动态生存期的对象的所有权到函数
  • 从函数获得独占的拥有动态生存期对象的所有权
  • 作为具移动容器的元素类型，例如保有指向动态分配对象的指针的 std::vector （例如，若想要多态行为）

std::unique_ptr 可为不完整类型 T 构造，例如用于改善用作 pImpl 手法中柄的用途。若使用默认删除器，则 T 必须在代码中调用删除器点处完整，这发生于析构函数、移动赋值运算符和 std::unique_ptr 的 reset 成员函数中。（相反地， std::shared_ptr 不能从指向不完整类型的裸指针构造，但可于 T 不完整处销毁）。注意若 T 是类模板特化，则以 unique_ptr 为运算数的使用，如 !p ，因 ADL 而要求 T 的形参完整。

若 T 是某基类 B 的导出类，则 std::unique_ptr<T> 可隐式转换为 std::unique_ptr<B>。产生的 std::unique_ptr<B> 的默认删除器将使用 B 的 operator delete ，这导致未定义行为，除非 B 的析构函数为虚。注意 std::shared_ptr 表现有别： std::shared_ptr<B> 将使用类型 T 的 operator delete ，而且即使 B 的析构函数非虚，也会正确删除被占有对象。

不同于 std::shared_ptr ， std::unique_ptr 可通过任何满足可空指针 (NullablePointer) 的定制柄类型管理对象。例如，这允许管理位于共享内存，但提供定义 typedef boost::offset_ptr pointer; 或其他缀饰指针的 Deleter 的对象。

成员类型

 
成员类型 定义
pointer 若该类型存在则为 std::remove_reference<Deleter>::type::pointer ，否则为 T* 。必须满足可空指针 (NullablePointer) 。
element_type T ，此 unique_ptr 所管理的对象类型
deleter_type Deleter ，函数对象或到函数或到函数对象的左值引用，会从析构函数调用

成员函数

 构造新的unique_ptr
(公开成员函数)
析构所管理的对象，如果存在的话
(公开成员函数)
为unique_ptr赋值
(公开成员函数)
修改器
返回一个指向被管理对象的指针，并释放所有权
(公开成员函数)
替换被管理对象
(公开成员函数)
交换被管理对象
(公开成员函数)
观察器
返回指向被管理对象的指针
(公开成员函数)
返回用于析构被管理对象的删除器
(公开成员函数)
检查是否有关联的被管理对象
(公开成员函数)
单对象版本， unique_ptr<T>
解引用指向被管理对象的指针
(公开成员函数)
数组版本， unique_ptr<T[]>
提供到被管理数组的有索引访问
(公开成员函数)

非成员函数

(C++14)(C++20)
 创建管理一个新对象的独占指针
(函数模板)
(C++20 中移除)(C++20)
 与另一个 unique_ptr 或 nullptr 进行比较
(函数模板)
(C++20)
 输出被管理指针的值到输出流
(函数模板)
(C++11)
 特化 std::swap 算法
(函数模板)

辅助类

(C++11)
 std::unique_ptr 的散列支持
(类模板特化)

示例

运行此代码
#include <iostream>
#include <vector>
#include <memory>
#include <cstdio>
#include <fstream>
#include <cassert>
#include <functional>
 
struct B {
  virtual void bar() { std::cout << "B::bar\n"; }
  virtual ~B() = default;
};
struct D : B
{
    D() { std::cout << "D::D\n";  }
    ~D() { std::cout << "D::~D\n";  }
    void bar() override { std::cout << "D::bar\n";  }
};
 
// 消费 unique_ptr 的函数能以值或以右值引用接收它
std::unique_ptr<D> pass_through(std::unique_ptr<D> p)
{
    p->bar();
    return p;
}
 
void close_file(std::FILE* fp) { std::fclose(fp); }
 
int main()
{
  std::cout << "unique ownership semantics demo\n";
  {
      auto p = std::make_unique<D>(); // p 是占有 D 的 unique_ptr
      auto q = pass_through(std::move(p)); 
      assert(!p); // 现在 p 不占有任何内容并保有空指针
      q->bar();   // 而 q 占有 D 对象
  } // ~D 调用于此
 
  std::cout << "Runtime polymorphism demo\n";
  {
    std::unique_ptr<B> p = std::make_unique<D>(); // p 是占有 D 的 unique_ptr
                                                  // 作为指向基类的指针
    p->bar(); // 虚派发
 
    std::vector<std::unique_ptr<B>> v;  // unique_ptr 能存储于容器
    v.push_back(std::make_unique<D>());
    v.push_back(std::move(p));
    v.emplace_back(new D);
    for(auto& p: v) p->bar(); // 虚派发
  } // ~D called 3 times
 
  std::cout << "Custom deleter demo\n";
  std::ofstream("demo.txt") << 'x'; // 准备要读的文件
  {
      std::unique_ptr<std::FILE, void (*)(std::FILE*) > fp(std::fopen("demo.txt", "r"),
                                                           close_file);
      if(fp) // fopen 可以打开失败；该情况下 fp 保有空指针
        std::cout << (char)std::fgetc(fp.get()) << '\n';
  } // fclose() 调用于此，但仅若 FILE* 不是空指针
    // （即 fopen 成功）
 
  std::cout << "Custom lambda-expression deleter demo\n";
  {
    std::unique_ptr<D, std::function<void(D*)>> p(new D, [](D* ptr)
        {
            std::cout << "destroying from a custom deleter...\n";
            delete ptr;
        });  // p 占有 D
    p->bar();
  } // 调用上述 lambda 并销毁 D
 
  std::cout << "Array form of unique_ptr demo\n";
  {
      std::unique_ptr<D[]> p{new D[3]};
  } // 调用 ~D 3 次
}

输出： 

unique ownership semantics demo
D::D
D::bar
D::bar
D::~D
Runtime polymorphism demo
D::D
D::bar
D::D
D::D
D::bar
D::bar
D::bar
D::~D
D::~D
D::~D
Custom deleter demo
x
Custom lambda-expression deleter demo
D::D
D::bar
destroying from a custom deleter...
D::~D
Array form of unique_ptr demo
D::D
D::D
D::D
D::~D
D::~D
D::~D