执行 PIMPL 时如何避免 shared_ptr 开销答案

【问题标题】：How to avoid shared_ptr overhead when doing PIMPL执行 PIMPL 时如何避免 shared_ptr 开销
【发布时间】：2022-01-09 02:04:39
【问题描述】：

AFAIK unique_ptr 与 PIMPL 一起使用非常棘手，因为删除器是 unique_ptr 类型的一部分，因此它不适用于不完整的类型。另一方面，shared_ptr 使用动态删除器，因此它适用于不完整的类型。

shared_ptr 存在性能问题，无论我是否需要，都给我一个原子操作。

std:: 中还有其他更快的替代方案吗？我显然对类型擦除很好，我说的是原子引用计数的成本。

#include <any>
#include <memory>
#include <iosfwd>

std::shared_ptr<std::fstream> sp;
// unique_ptr requires complete type
// std::unique_ptr<std::fstream> up;
std::any a;

#include <fstream>
int main() {
    // any requires copy_constructible
    // a = std::fstream{};  
    sp = std::make_shared<std::fstream>();
}

注释：

我考虑过any，但它不适用于某些类型。
我认为 unique_ptr 带有动态删除器，但 AFAIK unique_ptr 构造函数永远不会“告诉”删除器构造的对象是什么（为删除器提供学习如何销毁对象的方法）。

附：我很久以前就知道boost::shared_ptr 有宏来禁用原子引用计数，但即使仍然支持它我也不想切换到boost::shared_ptr。

【问题讨论】：

AFAIK unique_ptr is quite tricky to use with PIMPL 如何定义棘手？只需在头文件中声明需要知道完整类型的析构函数和方法，并在定义不完整类型的地方使用= default(C++ Pimpl Idiom Incomplete Type using std::unique_ptr)进行定义
对于这个问题的棘手定义：我不能只包含 fwd 声明头并编写“正常”（除了我必须使用指针，而不是值）代码，我需要制作一个助手构建自己。
我不完全理解这个问题或你对(beside the fact I must use pointers, not values) code, I need to make a helper struct myself. 的意思。以下代码有什么问题？ /*header*/struct Type { Type(); ~Type(); struct TypeImpl; std::unique_ptr<TypeImpl> impl }; /*source*/ struct TypeImpl{}; Type::Type() : impl(new Type::TypeImpl()) {} Type::~Type() = default;
@t.niese 注意，如果您希望它是可移动的，我相信您还必须明确添加移动操作符，因为用户定义的析构函数仍然禁止移动操作。但是我之前已经多次按照您的建议进行过，并且确实有效。
@NoSenseEtAl 我关心的是更多的可维护性和错误预防。使用std::shared_ptr，您需要确保使用 PImpl 的类确保正确完成复制和分配，并且不会发生意外引入两个对象共享同一个 impl 对象的可能性。对于std::unique_ptr，这是由类型给出的，如果你做错了什么，你会得到一个编译器错误。它肯定不会阻止你所有的错误，但可以防止你形成常见的错误。

标签： c++ shared-ptr c++20 pimpl-idiom

【解决方案1】：

首先，请注意shared_ptr 的“原子引用计数”只有在您实际使用时才会出现问题。由于您的类是不可复制的（这对接口类型有意义，并且由于您愿意使用unique_ptr，因此它必须不可复制），计数只会被修改建设和破坏。所以......你不应该关心;即使原子引用计数在性能方面实际上是一个大问题，它也将是一个舍入误差，旁边是伴随它的内存分配/取消分配的成本。

至于您的实际问题，您在这里遇到编译错误的唯一原因是因为您强制编译器从 T 仍然不完整的地方实例化 unique_ptr<T> 的析构函数。

在 PIMPL 的实际使用中，您将有一个定义公共接口并声明私有实现的头文件，以及一个或多个提供这些实现的 .cpp 文件。 unique_ptr<T> 可以在这些情况下工作，只要公共接口类型的析构函数没有在标头中定义：

///Interface.h
class Impl;

class Interface
{
private:
  unique_ptr<Impl> impl_;

public:
  ~Interface(); //Declaration only; prevent compiler-definition in header
};

///Interface.cpp
class Impl {...};

Interface::~Interface() = default;

这可以防止包括标头在内的人实例化unique_ptr<Impl> 的析构函数。

【讨论】：

这是正确的方法（当然，过去对我来说效果很好）。唯一的评论可能是在Interface 中私下嵌套Impl 类。这清楚地表明，用户不应尝试创建 Impl 的独立实例。