应该使用 unique_ptr 来更轻松地实现“移动”语义吗？

Question

编辑：使Foo 和Bar 变得不那么琐碎，直接替换为shared_ptr<> 更加困难。

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应该将unique_ptr<> 用作实现移动语义的更简单方法吗？

对于像这样的类

class Foo
{
    int* m_pInts;
    bool usedNew;
    // other members ...

public:
    Foo(size_t num, bool useNew=true) : usedNew(useNew) {
        if (usedNew)
            m_pInts = new int[num];
        else
            m_pInts = static_cast<int*>(calloc(num, sizeof(int)));
    }
    ~Foo() {
        if (usedNew)
            delete[] m_pInts;
        else
            free(m_pInts);
    }

    // no copy, but move
    Foo(const Foo&) = delete;
    Foo& operator=(const Foo&) = delete;
    Foo(Foo&& other) {
        *this = std::move(other);
    }
    Foo& operator=(Foo&& other) {
        m_pInts = other.m_pInts;
        other.m_pInts = nullptr;
        usedNew = other.usedNew;
        return *this;
    }
};

随着数据成员的增加，实现移动变得更加繁琐。但是，可移动数据可以放置在单独的struct 中，其实例由unique_ptr<> 管理。这允许=default 用于移动：

class Bar
{
    struct Data
    {
        int* m_pInts;
        bool usedNew;
        // other members ...
    };
    std::unique_ptr<Data> m_pData = std::make_unique<Data>();

public:
    Bar(size_t num, bool useNew = true) {
        m_pData->usedNew = useNew;
        if (m_pData->usedNew)
            m_pData->usedNew = new int[num];
        else
            m_pData->m_pInts = static_cast<int*>(calloc(num, sizeof(int)));
    }
    ~Bar() {
        if (m_pData->usedNew)
            delete[] m_pData->m_pInts;
        else
            free(m_pData->m_pInts);
    }

    // no copy, but move
    Bar(const Bar&) = delete;
    Bar& operator=(const Bar&) = delete;
    Bar(Bar&& other) = default;
    Bar& operator=(Bar&& other) = default;
};

除了unique_ptr<> 实例的内存总是在堆上，这样的实现还存在什么其他问题？

Answer 1

是的。您正在寻找的是零规则（作为三/五规则的 C++11 扩展）。通过让您的数据都知道如何复制和移动自己，外部类不需要编写 any 的特殊成员函数。编写这些特殊成员可能容易出错，因此不必编写它们可以解决很多问题。

所以Foo 会变成：

class Foo
{
    std::unique_ptr<size_t[]>  data;

public:
    Foo(size_t size): data(new size_t[size]) { }
};

这很容易证明其正确性。

Answer 2

这被称为零规则。

零规则规定大多数类不实现复制/移动分配/构造或销毁。相反，您将其委托给资源处理类。

5 规则规定，如果您实现 5 种复制/移动分配/ctor 或 dtor 中的任何一种，您应该实现或删除所有 5 种（或者，经过适当考虑，默认它们）。

在您的情况下，m_pInts 应该是唯一指针，而不是原始内存处理的缓冲区。如果它与某些东西（比如大小）相关联，那么您应该编写一个实现 5 规则的指针和大小结构。或者如果可以接受 3 个指针而不是 2 个指针的开销，则只需使用 std::vector<int>。

部分原因是您停止直接调用new。 new 是直接管理资源的 5 规则类型中的实现细节。业务逻辑类不要乱用new。它们既不是新的，也不是删除的。

unique_ptr 只是一类资源管理类型之一。 std::string、std::vector、std::set、shared_ptr、std::future、std::function——大多数 C++ std 类型都符合条件。自己写也是个好主意。但是当你这样做时，你应该从“业务逻辑”中剥离资源代码。

因此，如果您编写了 std::function<R(Args...)> 克隆，您将使用 unique_ptr 或 boost::value_ptr 来存储函数对象的内部内容。也许你甚至会写一个sbo_value_ptr，它有时存在于堆上，有时存在于本地。

然后你会用std::function 的“业务逻辑”来包装它，它知道所指向的东西是可调用的等等。

“业务逻辑”std::function 不会实现复制/移动分配/ctor，也不会实现析构函数。它可能会明确地=default 他们。

Answer 3

我的建议是分离关注点并使用组合。

管理已分配内存的生命周期是智能指针的工作。如何将该内存（或其他资源）返回给运行时是智能指针的删除器所关心的问题。

一般来说，如果您发现自己在编写移动运算符和移动构造函数，那是因为您没有充分分解问题。

例子：

#include <cstring>
#include <memory>

// a deleter
//
struct delete_or_free
{
    void operator()(int* p) const 
    {
      if (free_) {
        std::free(p);
    }
      else {
        delete [] p;
      }
    }

  bool free_;
};


class Foo
{
  //
  // express our memory ownership in terms of a smart pointer.
  //
  using ptr_type = std::unique_ptr<int[], delete_or_free>;
  ptr_type ptr_;

  // other members ...

  //
  // some static helpers (reduces clutter in the constructor)
  //
  static auto generate_new(int size) {
    return ptr_type { new int[size], delete_or_free { false } };
  }

  static auto generate_calloc(int size) {
    return ptr_type { 
      static_cast<int*>(calloc(size, sizeof(int))),
      delete_or_free { true } 
    };
  }

public:

    //
    // our one and only constructor
    //
    Foo(size_t num, bool useNew=true) 
      : ptr_ { useNew ? generate_new(num) : generate_calloc(num) }
    {
    }

    // it's good manners to provide a swap, but not necessary.   
    void swap(Foo& other) noexcept {
      ptr_.swap(other.ptr_);
    }
};

//
// test
//
int main()
{
  auto a = Foo(100, true);
  auto b = Foo(200, false);

  auto c = std::move(a);
  a = std::move(b);
  b = std::move(c);

  std::swap(a, b);
}