智能指針使用上的問(wèn)題

智能指針的使用太普遍了，它讓程序員擺脫了內(nèi)存管理的惡夢(mèng)，但實(shí)際上智能指針本身也可能引入另一個(gè)惡夢(mèng)。主要包括兩個(gè)問(wèn)題點(diǎn):

性能問(wèn)題。因?yàn)樾枰胍恍┳兞?bookkeeping)，甚至在多線程下的一些互斥操作，它所帶來(lái)的性能開(kāi)銷(xiāo)往往比想像的要高。比如以智能指針作為函數(shù)參數(shù)以及返回值時(shí)。對(duì)象釋放的時(shí)機(jī)不明確。比如std::auto_ptr，總讓人感覺(jué)不明不白。而有時(shí)一些循環(huán)引用，又會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存泄露。

所以即便有了智能指針，程序員還是要認(rèn)真考慮使用它們的時(shí)機(jī)。

智能指針的本質(zhì)是所有權(quán)管理

所有權(quán)(Ownership)是一個(gè)用來(lái)管理動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的記錄(bookkeeping)技術(shù)。動(dòng)態(tài)分配內(nèi)存的所有者需要負(fù)責(zé)在所分配內(nèi)存不再需要時(shí)釋放它。共享所有權(quán)時(shí)，最后一個(gè)owner負(fù)責(zé)清理。即使不是共享，也可以在代碼間傳遞Ownership。

運(yùn)用智能指針的核心是保持所有權(quán)(Ownership)的明確、清晰。一般情況下是保證所有權(quán)的單一，無(wú)論是使用WeakPtr, Scoped Pointer都可以保持所有權(quán)的單一，這時(shí)所有權(quán)可以在不同的對(duì)象/代碼段轉(zhuǎn)移。另一種情況就是需要共享所有權(quán)，比較常用的引用指數(shù)智能指針，就是幫助完成共享所有權(quán)的。

概括起來(lái)三個(gè)要點(diǎn)：

1.局部化?
推薦保持單一、固定的所有權(quán)。當(dāng)所有權(quán)需要在不同代碼段間傳遞時(shí)，就要使用智能指針。?
2.明確的清理時(shí)機(jī)。?
使用引用計(jì)數(shù)，和std::auto_ptr都會(huì)引發(fā)對(duì)釋放時(shí)機(jī)的疑問(wèn)。有可能引入一些隱晦的Bug。當(dāng)需要共享所有權(quán)時(shí)，一定要先思考這個(gè)設(shè)計(jì)的必要性，以及內(nèi)存釋放的時(shí)機(jī)是否明確、清晰。?
3.最好的方式不要使用指針。可以使用引用來(lái)代替指針。見(jiàn)后面WebKit的故事。

大型項(xiàng)目中的應(yīng)用Google Coding Style的約定

如果需要?jiǎng)討B(tài)分配內(nèi)存，盡量由分配的代碼來(lái)持有所有權(quán)。?
如果另一段代碼需要訪問(wèn)對(duì)象，先考慮傳遞對(duì)象拷貝，指針或者引用，而不是傳遞所有權(quán)。如果確有需要時(shí)，建議使用std::unique_ptr來(lái)顯示的傳遞所有權(quán)（使用std::move()）。?
除非有好的理由，否則不要共享所有權(quán)。比如為了避免復(fù)制。這時(shí)需要確定有明顯的性能收益，而且所持有的對(duì)象最好是只讀的, 同時(shí)建議使用std::shared_ptr:

std::shared_ptr;

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新代碼里不要再使用scoped_ptr，更不要使用std::auto_ptr, 而是使用std::unique_ptr來(lái)代替。

WebKit的故事

WebKit文檔記錄了他們使用引用計(jì)數(shù)指針的故事，詳情見(jiàn):RefPtr Basics。大意為:?
早在2005年時(shí)為了解決內(nèi)存泄露問(wèn)題，開(kāi)始使用基于引用計(jì)數(shù)的智能指針，但是它有性能問(wèn)題，特別是當(dāng)作函數(shù)參數(shù)和返回值傳遞時(shí)。后來(lái)使用C++11提供move語(yǔ)義（即轉(zhuǎn)移所有權(quán)的方式）來(lái)解決了這個(gè)問(wèn)題。(另外shared_ptr const & 的形式也可以避免不必要的引用計(jì)數(shù)操作。)

而到了2013年，WebKit的開(kāi)發(fā)者發(fā)現(xiàn)泛濫的判空和有效性檢查，于是開(kāi)始傾向于盡可能地使用引用（注意：不是引用計(jì)數(shù)指針）, 而不是指針。

小結(jié)

解決內(nèi)存問(wèn)題的最佳的途徑仍然是由程序員管理好對(duì)象的生命周期。使用智能指針也是有成本的，同時(shí)也會(huì)引入一些新問(wèn)題，所以需要遵循一些約定來(lái)使用。Google Chromium/Webkit都有相應(yīng)用的定義:

Chromium: Smart Pointer GuidelineWebKit: RefPtr Basics

另外明確約定一個(gè)函數(shù)是否會(huì)返回空指針,特別是對(duì)于API來(lái)說(shuō)，也會(huì)幫助使用者避免一些不必要的判空處理和一些隱晦的Bug。

進(jìn)一步學(xué)習(xí):

unique_ptr使用簡(jiǎn)介Reference counting smart pointers are for retards.