C++ 如何将 unique_ptr 传递给函数并仍然受益于多态性？

Question

我有以下类定义：

class A {...}
class B : public class A {...}

和一个所有者类定义：

class C {
    A* a;
public: 
    C (A* a) { this->a = a; }
}

然后当我尝试调用以下内容时，一切都很好：

B* b = new B();
C(b);

但是我有以下所有者类定义：

class C {
    std::unique_ptr<A> a;
public: 
    C(std::unique_ptr<A>& a) { this->a = std::move(a); }
}

当我尝试调用以下命令时，我收到一个编译器错误，提示无法从 B 的 unique_ptr 转换为 A 的 unique_ptr&：

std::unique_ptr<B> b(new B());
C(b);

我确实意识到 std::unique_ptr& 和 std::unique_ptr 是不一样的。但我不确定将唯一指针传递给所属类的标准协议是什么。

我尝试了以下方法：

class C {
    std::unique_ptr<A> a;
public: 
    C(std::unique_ptr<A> a) { this->a = std::move(a); }
}

和

std::unique_ptr<B> b = std::make_unique<B>();
C(std::move(b));

这可行，但感觉反直觉，因为使用 unique_ptr 而不是 shared_ptr 的部分目的是通过不必复制内存地址来提高性能。但在这种情况下，它不是复制内存地址，而是创建一个全新的 unique_ptr 以仅按值传递它，只是在函数超出范围后将其丢弃。

注意：我使用的是 VS C++11 编译器

Answer 1

不要通过可变引用传递唯一指针。你会有这样的错误。

确实解决办法是传值：

class C {
    std::unique_ptr<A> a;
public: 
    C(std::unique_ptr<A> a) { this->a = std::move(a); }
}

// ...

auto b = std::make_unique<B>();
C(std::move(b));

这可行，但感觉反直觉，因为使用 unique_ptr 而不是 shared_ptr 的部分目的是通过不必复制内存地址来提高性能。

没有。唯一 ptr 的优点是它们是对具有唯一所有权的指针的零开销抽象。

共享指针是有代价的。每次复制它们时，它们都会执行原子引用计数。这会损害缓存，并且不是可以忽略的开销。此外，共享指针隐藏了谁拥有谁。所有者的数量是在运行时确定的，这使得代码更难思考。

顺便说一句，复制地址的开销可以忽略不计。引用大部分时间都是以指针的形式实现的。复制原始指针与通过引用传递的成本相同。由于std::unique_ptr 是零开销抽象，因此复制（或移动）唯一指针的成本与复制原始指针的成本相同，而原始指针的成本又与通过引用传递的成本大致相同。您不必担心复制指针的性能。

但在这种情况下，它不是复制内存地址，而是创建一个全新的 unique_ptr 以仅按值传递它，只是在函数超出范围后将其丢弃。

创建一个全新的unique_ptr 与复制内存地址的成本相同。与其他流行语言不同，C++ 对象默认位于堆栈上，提供与处理原生类型相同的性能。

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如果您非常担心性能，请使用优化进行编译，分析您的代码和基准测试。除非你衡量它，否则任何关于性能的陈述都是没有意义的。如果您检查编译器的汇编输出，您会注意到它们是 exactly the same。

免责声明：我没有在现场示例中使用 clang 进行编译，因为它甚至在 O2 上也忽略了整个代码。