unique_ptr、pimpl/forward 声明和完整定义

Question

我已经检查了here 和here 的问题，但仍然无法找出问题所在。

这是调用代码：

#include "lib.h"

using namespace lib;

int
main(const int argc, const char *argv[]) 
{
    return 0;
}

这是库代码：

#ifndef lib_h
#define lib_h

#include <string>
#include <vector>
#include <memory>

namespace lib
{

class Foo_impl;

class Foo
{
    public:
        Foo();
        ~Foo();

    private:
        Foo(const Foo&);
        Foo& operator=(const Foo&);

        std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl = nullptr;

        friend class Foo_impl;
};

} // namespace

#endif

clang++ 给了我这个错误：

“sizeof”对不完整类型“lib::Foo_impl”的无效应用
注意：在成员函数 'std::default_delete::operator()' 的实例化中请求

你可以看到我已经特别声明了 Foo 析构函数。我在这里还缺少什么？

Answer 1

Foo_impl 的实现必须在std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl = nullptr 中所需的实例化之前完成。

保留声明的类型（但未初始化）将修复错误 (std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl;)，然后您需要稍后在代码中对其进行初始化。

您看到的错误来自用于测试的技术的实现；不完整的类型。基本上，sizeof 将导致仅前向声明的类型出错（即在代码/编译中使用时缺少定义）。

此处可能的修复方法如下所示；

class Foo_impl;

class Foo
{
  // redacted
  public:
    Foo();
    ~Foo();

  private:
    Foo(const Foo&);
    Foo& operator=(const Foo&);

    std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl;// = nullptr;
};

class Foo_impl {
  // ...
};

Foo::Foo() : m_impl(nullptr)
{
}

为什么需要完整类型？

通过= nullptr 的实例化使用copy initialisation 并且需要声明构造函数和析构函数（对于unique_ptr<Foo_impl>）。析构函数需要unique_ptr 的deleter 函数，默认情况下，在指向Foo_impl 的指针上调用delete，因此它需要Foo_impl 的析构函数，而Foo_impl 的析构函数未在不完整中声明类型（编译器不知道它的样子）。也请参阅Howard's answer。

这里的关键是在不完整的类型上调用 delete 会导致未定义的行为（第 5.3.5/5 节），因此在 unique_ptr 的实现中明确检查。 p>

这种情况的另一种选择可能是使用 直接初始化，如下所示；

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl { nullptr };

关于非静态数据成员初始化器 (NSDMI) 以及这是否是需要成员定义存在的上下文似乎存在一些争论，至少对于 clang（可能还有 gcc），这似乎是这样一个上下文。

Answer 2

声明：

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl = nullptr;

调用复制初始化。这与以下具有相同的语义：

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl = std::unique_ptr<Foo_impl>(nullptr);

即它构造一个临时prvalue。这个临时prvalue必须被破坏。并且该析构函数需要查看Foo_impl 的完整类型。即使省略了纯右值和移动构造，编译器也必须表现得“好像”。

您可以改为使用 直接初始化，此时将不再需要 unique_ptr 析构函数：

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl{nullptr};

更新

Casey 指出 gcc-4.9 目前实例化了~unique_ptr()，即使是直接初始化形式。但是在我的测试中没有。我不知道其他编译器会做什么。我相信 clang 在这方面符合要求，至少考虑到最新的核心缺陷报告。

Answer 3

替换

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl = nullptr;

与

std::unique_ptr<Foo_impl> m_impl;

修复错误。

Answer 4

N3936 [temp.inst]/2 个状态：

除非类模板或成员模板的成员已被显式实例化或显式特化，否则当在需要成员定义存在的上下文中引用特化时，会隐式实例化该成员的特化；特别是，静态数据成员的初始化（以及任何相关的副作用）不会发生，除非该静态数据成员本身的使用方式要求该静态数据成员的定义存在。

所以这个问题真正归结为关于该成员类型的析构函数，具有非静态数据成员初始值设定项 (NSDMI) 的声明是否构成“需要成员定义存在的上下文”。虽然很明显，立即需要类型构造函数的 声明 来确定 NSDMI 是否属于初始化成员的适当类型，但我会说构造函数的 定义 /destructor 只有封闭类型的构造函数/析构函数才需要，并且实现不符合要求。

也就是说，核心语言小组目前正在审查 NSDMI 的语义存在几个问题：

• 1351. Problems with implicitly-declared exception-specifications
• 1360 constexpr defaulted default constructors
• 1396. Deferred instantiation and checking of non-static data member initializers
• 1397. Class completeness in non-static data member initializers
• 1621. Member initializers in anonymous unions
• 1623. Deleted default union constructor and member initializers
• 1632. Lambda capture in member initializers
• 1633. Copy-initialization in member initialization

所以这里出现混乱也就不足为奇了。