C++ 学习系列 -- 智能指针 make_shared 与 make_unique

一   make_shared 

1.1  make_shared 是什么？

      c++ 11 中 引入了智能指针 shared_ptr，以及一个模板函数 make_shared 来生成一个制定类型的 shared_ptr。

1.2  引入 make_shared ，解决了什么问题？

   make_shared的引入，主要有两点的提升：性能 与 异常安全

C++11 make_shared - 简书 (jianshu.com)

•   性能

        有如下两种方式生成  shared_ptr

int  main()
{
    // 1.
    shared_ptr p1(new string("66888"));
    cout << *p1 << endl;
 
    // 2.
    shared_ptr p2 = make_shared("888888");
    cout << *p2 << endl;
    
    return 0;
}

              使用 make_shared 性能要更好一些

  shared_ptr p1(new string("66888"));  会分配两次内存: 

每个std::shared_ptr都指向一个控制块，控制块包含被指向对象的引用计数以及其他东西。这个控制块的内存是在std::shared_ptr的构造函数中分配的。因此直接使用new，需要一块内存分配给string，还要一块内存分配给控制块。

  使用   shared_ptr p2 = make_shared("888888");  分配一次内存，

  一次分配就足够了。这是因为std::make_shared申请一个单独的内存块来同时存放 string 对象和控制块。

•   异常安全

// d.h
#include
 
class D
{
public:
    D()
    {
        std::cout << "constructor D " << std::endl;
    }
    ~D()
    {
        std::cout << "destructor D " << std::endl;
    }
 
};
 
 
// main.cpp
 
int getVal()
{
    throw 888;
    return 66;
}
 
void  init(shared_ptr ptr, int val)
{
 
}
 
int main()
{
   // 1. 
   init(std::shared_ptr(new D), getVal());
   
   // 2.
   init(std::make_shared(), getVal());
   
   return 0;
}
 

  第 1 种的调用方式分为三步：

  1.  new D

  2. 调用 shared_ptr 类的构造函数

  3. 调用 getVal 函数  

        针对不同的编译器，上述三步的执行顺序可能不同，若是 其中的第 2 步 与第 3 步发生了调换，那么在执行 getVal 抛出异常后，就不会再执行 第 2 步，没有调用 shared_ptr 的构造函数，那么就无法用 shared_ptr 来管理 第 1 步分配出的内存。

  第 2 种方式，用 make_shared 就不会出现该问题，其分为两步

   1. make_shared 生成 shared_ptr 指针

   2.调用  getVal 函数  

上面的 1 步 与 2 步，即便发生顺序调换，也不会出现内存无法管理的情况

1.3   make_shared 源码解析

  template<typename _Tp, typename... _Args>
    inline shared_ptr<_Tp>
    make_shared(_Args&&... __args)
    {
      typedef typename std::remove_const<_Tp>::type _Tp_nc; // 去除 _Tp 的 const 特性，获取到其类本身
      return std::allocate_shared<_Tp>(std::allocator<_Tp_nc>(),
				       std::forward<_Args>(__args)...);
     // std::allocator会给我们分配一块_Tp_nc实例需要的内存空间
     // 完美转发(perfect forward)剩余构造函数的参数
    }
 
 
  template<typename _Tp, typename _Alloc, typename... _Args>
    inline shared_ptr<_Tp>
    allocate_shared(const _Alloc& __a, _Args&&... __args)
    {
      return shared_ptr<_Tp>(_Sp_make_shared_tag(), __a,
			     std::forward<_Args>(__args)...); // 调用 shared_ptr 的 private 构造函数
    }
 
​

make_shared 的参数是万能引用 && ，因此参数既可以接受左值也可以接受右值。

allocate_shared 是 shared_ptr 类的 friend 函数，因此可以调用 shared_ptr 的 private 构造函数。

总之，下面的 private 构造函数将实例内存与计数器模块的内存绑定在了一起。

template<typename _Alloc, typename... _Args>
         __shared_ptr(_Sp_alloc_shared_tag<_Alloc> __tag, _Args&&... __args)

详细解析见：从零开始写一个shared_ptr-make_shared源代码解析 - 知乎 (zhihu.com)

1.4  make_shared 使用例子

// person.h
class Person
{
public:
    Person(std::string name);
    Person(const Person& p);
    ~Person();
 
    std::string& getName();
 
    void setName(std::string& name);
 
private:
    std::string m_name;
};
 
 
// person.cpp
#include "person.h"
#include
Person::Person(std::string name):m_name(name)
{
    std::cout << "Person constructor name: " << m_name << std::endl;
}
 
Person::Person(const Person& p)
{
    this->m_name = p.m_name;
    std::cout << "Person  copy constructor name: " << this->m_name << std::endl;
}
 
Person::~Person()
{
    std::cout << "Person destructor name: " << m_name << std::endl;
}
 
std::string& Person::getName()
{
    return m_name;
}
 
void Person::setName(std::string& name)
{
    this->m_name = name;
}
 
 
 
// main.cpp
void testSharedPtr2()
{
    // 1.
    shared_ptr  ptr(new Person("Tom"));
    cout << ptr->getName() << endl;
 
 
    // 2.
    shared_ptr  ptr2 = make_shared("Jerry");
    cout << ptr2->getName() << endl;
 
}
 
int main()
{
  
  testSharedPtr2();
  return 0;
}

二   make_unique 

2.1  make_unique 是什么？

        make_unique 是 c++14 加入标准库的，用于生成独占型指针 std::unique_ptr 

2.2  make_unique  解决了什么问题？

     用 make_unique 生成独占型指针代码量更少，符合现代 c++ 尽量避免使用 new  来构造的原则

2.3  make_unique  简单版实现

template<typename T, typename... Arg>  // 可能有多个参数，所以用 ...
unique_ptr
my_make_unique(Arg&& ... s)  // 支持左值与右值，所以要用万能引用
{
    return unique_ptr(new T(std::forward(s)...));
}
 
int main()
{
 
   unique_ptr ptr = my_make_unique("abcdd");
   cout << *ptr << endl;
 
  return 0;
}

源码：std::make_unique, std::make_unique_for_overwrite - cppreference.com

2.4  make_unique  使用例子

很简单

int  main()
{
 
  std::unique_ptr a = std::make_unique("6666");
 
  return 0;
}

参考：C++11 make_shared - 简书 (jianshu.com)

从零开始写一个shared_ptr-make_shared源代码解析 - 知乎 (zhihu.com)

​《Effective Modern C++》学习笔记之条款二十一：优先选用std::make_unique和std::make_shared,而非直接new - 知乎 (zhihu.com)