不能不移动就从函数返回 std::unique_ptr

Question

我正在更新一些使用 auto_ptr 的旧代码以改用 unique_ptr。这主要是一项搜索和替换工作，但我发现在代码返回 unique_ptr 的地方出现编译错误。

这是一个说明问题的示例：

#include <string>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <utility>

using namespace std;

struct Foo {
    unique_ptr<string> us;

    Foo() {
        this->us = unique_ptr<string>(new string("hello"));
    }

    unique_ptr<string> bar() {
        return this->us;
    }

};


int main(int argc, const char **argv) {

    Foo foo;
    unique_ptr<string> s = foo.bar();
    cout << *s << endl;

}

当我编译它时，我得到了这个：

t1.cpp: In member function ‘std::unique_ptr<std::basic_string<char> > Foo::bar()’:
t1.cpp:17:16: error: use of deleted function ‘std::unique_ptr<_Tp, _Dp>::unique_ptr(const std::unique_ptr<_Tp, _Dp>&) [with _Tp = std::basic_string<char>; _Dp = std::default_delete<std::basic_string<char> >]’
   return this->us;
                ^~
In file included from /opt/rh/devtoolset-7/root/usr/include/c++/7/memory:80:0,
                 from t1.cpp:4:
/opt/rh/devtoolset-7/root/usr/include/c++/7/bits/unique_ptr.h:388:7: note: declared here
       unique_ptr(const unique_ptr&) = delete;
       ^~~~~~~~~~

如果我改变错误的行来指定这样的移动：

        return move(this->us);

然后就可以了。

我发现多个引用表明不需要移动 - 例如来自 chromium 项目的 this SO question 和 these guidelines。

我的问题是：为什么在这种情况下需要明确指定移动？是否与我以某种方式返回实例变量的值有关？

如果这是一个骗局，请提前道歉 - 我确信以前会被问到，但我很难找到找到它的搜索词。

Answer 1

一切都与语义有关。 unique_ptr 是一个唯一 所有权，所以它要么被退回，要么在us 中，但不能同时返回。幸运的是，标准的规则可以保护您免受这种误解。

您可以做的是返回一个临时的unique_ptr（将被移动）：

unique_ptr<string> bar() {
    return make_unique<string>("hello, world");
}

但是，如果您在多个地方需要unique_ptr 的副本（根据您的main() 似乎就是这种情况），那么您不是在寻找唯一的而是共享所有权。所以你应该去shared_ptr：

struct Foo {
    shared_ptr<string> us;

    Foo() {
        us = make_shared<string>("hello, world");
    }
    shared_ptr<string> bar() {
        return us;
    }
};

int main(int argc, const char **argv) {
    Foo foo;
    auto s = foo.bar();
    cout << *s << endl;
}

Answer 2

你找到的所有引用都提到返回的对象必须是函数局部变量。你返回一个成员。成员变量在返回时不会被隐式视为右值。

这不是没有道理的。一个类通常不希望失去其资源的所有权，除非明确。

当函数返回时，本地函数无论如何都会死掉，因此让编译器隐式蚕食它是值得优化的。

Answer 3

您正在尝试返回 Foo::us 类型的成员变量 std::unique_ptr<>。 std::unique_ptr<> 的唯一目的是不可复制但可移动。这就是为什么返回需要std::move 将Foo::us 成员变量重置为null。

bar 函数可能应该通过值或常量引用返回 std::string：

string const& bar() const {
    return *this->us;
}

然后：

int main() {
    Foo foo;
    string const& s = foo.bar();
    cout << s << endl;
}

Answer 4

正确使用std::auto_ptr 与std::unique_ptr 具有相同的用途，它拥有对单个对象的唯一引用，该对象在指针销毁时被删除。

std::auto_ptr 早于移动语义，它有一个复制构造函数，其行为类似于移动构造函数。很容易不小心复制了 std::auto_ptr 而没有意识到原来的 std::auto_ptr 现在是空的。

由于std::unqiue_ptr 只能移动且不可复制，因此可以避免这种情况。您必须使用 std::move 明确放弃对指针的所有权。

例外情况是分配了std::unique_ptrs 的本地堆栈，无论如何这些都将在当前范围的末尾被销毁，因此该语言允许您在不使用std::move 的情况下返回std::unique_ptr。由于您的 us 变量不是局部变量，因此您不能直接返回它以防止您意外释放所有权。

Answer 5

这显示了 auto_ptr 的确切危险以及它被删除的原因。

如果您想象两次调用该函数，您会发现问题所在。

auto_ptr<string> Foo::bar() {
    return this->us;
}

int func() {
  Foo foo;
  auto_ptr<string> a = foo.bar();
  auto_ptr<string> b = foo.bar();//uh oh, null ptr
}

如果你喜欢这种行为，你可以很容易地用 unique_ptr 模拟它

#include <string>
#include <iostream>
#include <memory>
#include <utility>

using namespace std;

struct Foo {
    unique_ptr<string> us;

    Foo() {
        this->us = unique_ptr<string>(new string("hello"));
    }

    unique_ptr<string> bar() {
        unique_ptr<string> local_us(us.release());
        return local_us;
    }

};


int main(int argc, const char **argv) {

    Foo foo;
    unique_ptr<string> a = foo.bar();
    unique_ptr<string> b = foo.bar();//b is a nullptr
    cout << *s << endl;

}