智能指针的所有权转移与自定义删除器

题目

智能指针的所有权转移与自定义删除器

信息

• 类型：问答
• 难度：⭐⭐

考点

智能指针的所有权语义,自定义删除器的使用,资源管理

快速回答

关键要点：

• std::unique_ptr 通过移动语义实现独占所有权的转移
• 自定义删除器用于管理非标准资源（如文件句柄、网络连接）
• 删除器类型影响智能指针的拷贝语义和大小
• 推荐使用 std::move 显式转移所有权
• 避免在删除器中抛出异常（可能导致未定义行为）

1. 所有权转移原理

std::unique_ptr 采用独占所有权模型：

• 通过禁用拷贝构造函数/赋值运算符保证独占性
• 移动操作（移动构造/移动赋值）转移所有权，源指针置空
• 所有权转移后，原指针不再持有资源

// 所有权转移示例
std::unique_ptr<int> ptr1(new int(42));
std::unique_ptr<int> ptr2 = std::move(ptr1); // 转移所有权

assert(ptr1 == nullptr);
assert(*ptr2 == 42);

2. 自定义删除器

用于管理非 new 分配的资源：

• 必须实现函数调用运算符 operator()(T*)
• 删除器类型影响智能指针类型（需作为模板参数）
• 无状态删除器（如函数指针）不增加智能指针大小
• 有状态删除器（如lambda捕获）会使智能指针变大

// 文件句柄管理示例
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* fp) const {
        if (fp) fclose(fp);
        std::cout << "File closed\n";
    }
};

// 使用自定义删除器
std::unique_ptr<FILE, FileDeleter> filePtr(fopen("test.txt", "r"));

// Lambda表达式作为删除器
auto socketDeleter = [](Socket* s) {
    s->shutdown();
    delete s;
};
std::unique_ptr<Socket, decltype(socketDeleter)> sockPtr(new Socket(), socketDeleter);

3. 最佳实践

• 优先使用 std::make_unique（C++14+）创建实例
• 显式使用 std::move 转移所有权，提高代码可读性
• 简单资源使用无捕获lambda，复杂场景使用函数对象
• 删除器应声明为 noexcept，避免抛出异常

4. 常见错误

• 错误：尝试拷贝 unique_ptr

  std::unique_ptr<int> a(new int(10));
  std::unique_ptr<int> b = a; // 编译错误！

• 错误：删除器签名不匹配

  // 错误：删除器需要接受 FILE* 而非 void*
  std::unique_ptr<FILE, void(*)(void*)> p(fopen(...), [](void*){...});

• 错误：在删除器中访问已被释放的成员变量

5. 扩展知识

• std::shared_ptr 删除器不改变类型，通过控制块存储
• 自定义删除器可用于实现：
  • 资源池（延迟释放）
  • 日志跟踪
  • 特殊清理逻辑
• C++17 支持数组特化：std::unique_ptr<T[]>