另一种类型的智能指针，例如带有弱引用的 unique_ptr？

Question

我最近遇到了一个问题，unique_ptr 和 shared_ptr 似乎都不是正确的解决方案。 所以，我正在考虑发明另一种智能指针（如下所述），但我心想“我肯定不是第一个想要这个的人。”

所以我的高级问题是：

• 下面的设计有意义吗？
• 有没有办法通过现有的智能 ptrs（或其他 std:: 功能）来实现这一点，也许我错过了什么？

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要求：

• 我想要单一所有权，就像unique_ptr
  • 即：只有当单个拥有指针死亡时，才应释放底层对象（与 shared_ptr 的行为不同）。
• 我想要一些额外的方法来引用在对象被删除时“感知”的对象。因此，类似于weak_ptr，但要与单一所有权模型一起使用。
• 我确实不需要线程安全

激励示例：

假设我正在迭代一个接口指针列表，并在它们上调用方法。 其中一些方法可能会导致列表中后面的项目被删除。

使用普通指针，我会得到那些已删除项目的悬空引用。

建议的设计：

让我们调用拥有指针my_ptr 和非拥有引用my_weak_ptr。

对于给定的对象，我们可能有这样的图表：

                             _______
my_ptr<Obj> owner ---------> |Obj* | -------> [Obj data ... ]
                      +----> |count|
                      | +--> |_____|
my_weak_ptr<Obj> A ---+ |
                        |
my_weak_ptr<Obj> B -----+

my_ptr 的接口与unique_ptr 基本相同。 在内部，它将存储一个指向“控制块”的指针，该指针实际上只是“真实”指针和控制块本身的引用计数。 在销毁时，my_ptr 会将控制块指针设置为 NULL 并减少 refcount（并在适当的情况下删除控制块）。

my_weak_ptr 是可复制的，并且有一些get() 方法可以返回真正的Obj*。 用户将负责在使用它之前检查它是否为 NULL。 在销毁时，my_weak_ptr 会减少计数（并删除控制块，如果合适的话）。

缺点是每次访问都会在内存中进行两次跳跃。 对于my_ptr，也可以通过在内部存储真正的Obj* 来缓解这种情况，但my_weak_ptr 引用总是需要支付双跳成本。

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编辑：一些相关问题，来自给出的链接：

• Non-ownership copies of std::unique_ptr
• Is it possible / desirable to create non-copyable shared pointer analogue (to enable weak_ptr tracking / borrow-type semantics)?
• Better shared_ptr by distinct types for "ownership" and "reference"?

所以似乎有这样的需求，但没有灌篮解决方案。如果需要线程安全，shared_ptr 和 weak_ptr 是正确的选择，但如果不需要，它们会增加不必要的开销。

还有boost::local_scoped_ptr，不过还是共享所有权模式；我宁愿阻止拥有指针的副本，例如unique_ptr。

Answer 1

上面的cmets有一些很好的讨论，所以我将尝试回答我自己的问题并总结一下：

首先，整个概念有一个总体缺点：my_weak_ptr 的任何用户都需要非常小心，不要调用某些可能导致底层对象被删除的函数。或者如果他们这样做，他们需要重新检查弱 ptr 是否为空。这是放置在用户身上的未强制（和未强制可）约束，就像他们使用原始指针一样。

话虽如此：这不是新领域。在随后的研究中，我发现了这种想法的各种化身：

• VISH StrongPtr/WeakPtr
  • 非常合身。请注意，WeakPtr 没有 lock() 方法，并且文档说“如果引用的对象从其他地方被销毁，弱指针会神奇地变为空。”
  • 但是，它仍然是可复制的，因此不表示唯一的所有权。
• Loki StrongPtr
  • 通过适当使用令人眼花缭乱的策略选择（或者可能是自定义策略），我认为我所描述的可以实现。
• trackable_ptr
  • 另一种方法，因为您的 T 必须包装为 trackable<T>，但类似的问题正在解决。

还有一些更接近std的“相当不错但不太理想”的解决方案：

• 使用shared_ptr 和weak_ptr。
  • 缺点：线程安全开销、可复制的所有者 ptr、多个引用计数。
• boost::local_shared_ptr，与weak_ptr 兼容。
  • 缺点：可复制的所有者 ptr、多个引用计数。

local_shared_ptr 可能是最好的开箱即用解决方案，质量高，缺点少。

但是，要真正挤出最后几个字节并禁止复制，就需要自定义解决方案。

除此之外，更哲学：

我从这里的讨论和其他阅读中了解到，许多人相信所有权的二元方法：要么它是共享的（所以使用shared_ptr，这也让你通过weak_ptr 共享观察）或者它是独一无二的（所以使用unique_ptr）。

这可能涵盖了 90% 以上的案例。然而，我想要具有共同观察的独特所有权（这是我的措辞；您可能会根据您的语义使用不同的词）。标准可能无法涵盖过于极端的情况，但我认为对于资源受限的系统来说，这似乎是一个合理的利基市场。

Answer 2

有一种设计不分配额外的块，而是使指针对象大小为 3 个指针。指针是双链表的一个节点，每个弱引用都是同一个链表的一个节点。

缺点是线性删除复杂性（必须使每个引用无效），并且不可行，因此无法有效地实现线程安全。

优点是共享指针和弱指针的快速解引用。

我不记得我在哪里看到或听到过这个想法......