前言

之前說過想花點整理 boost 和 C++11 當中 Smart Ptr 使用上的小細節，本系列假設讀者對 Smart Ptr 有一定程度的認識，只做一些重點探討。

目前 smart pointer 的現況：

• C++ 11：unique_ptr、shared_ptr、weak_ptr

  • 廢除 auto_ptr。

• Boost：scoped_ptr、scoped_array、shared_ptr、shared_array、weak_ptr、intrusive_ptr。

  • Howard Hinnant 提供了非 Boost 官方的 unique_ptr C++03 backport，由於底層語言機制的限制，行為可能無法完全與 C++11 相容。
  • 在 Boost.interprocess 中提供上述所有指標的 interprocess 版本，其中 unique_ptr 是由 Hinnant 版衍生而來。

由於受個人使用經驗的限制，本系列內容可能會非常偏向 boost，有需要的話會另外補充 C++11 內容，

intrusive_ptr

我想先從 intrusive_ptr 開始，因為我發現網路上很多教學文章講到 intrusive_ptr 都草草了事。一般情況下建議優先考慮 shared_ptr，甚至 C++11 也沒有收錄 intrusive_ptr，然而 intrusive_ptr 在實用上還是相當具有吸引力：

• intrusive_ptr 比 shared_ptr 來得有效率，主要原因之一是 shared_ptr 有考慮到部分的 thread-safty 問題（但沒有完全解決），這是一般 intrusive_ptr 使用者懶得做的事。另一個原因是，shared_ptr 必須要動態配置額外的空間來存放引用計數，這也會造成微小的 overhead，幸運的是這點可用 make_shared() 解決。
• intrusive_ptr 可以充分利用物件既有的計數功能，甚至能用計數以外的方式設計引用管理功能。
• 可以從同一個原生指標建立多個 intrusive_ptr ，這是 shared_ptr 無法辦到的事。

intrusive_ptr 主要缺點為無法使用 weak_ptr，因此循環引用會是個麻煩。

使用 intrusive_ptr 的最低需求，就是必須在編譯器可見的範圍內為目標類別提供 intrusive_ptr_add_ref 和 intrusive_ptr_release 函數。在網路上很容易找到一些恰恰滿足最低需求但有瑕疵的範例，類似這樣子：

class MyObject
{
public:
    friend void intrusive_ptr_add_ref(const MyObject* p)
    {
        ++p->refCount_;
    }

    friend void intrusive_ptr_release(const MyObject* p)
    {
        if (--p->refCount_ == 0)
            delete p;
    }

    MyObject() : refCount_(0) { cout << "hello. \n" ; }
    ~MyObject() { cout << "bye. \n" ; }

private:
    long refCount_;
};

雖然滿足語法上的最低需求，但在使用上很容易出問題。在使用 intrusive_ptr 時 ，絕大多數時候會將引用計數實作成物件的一部分。但這個概念並不是很精確，當我們在考慮一個物件的內容時，其實並沒有把引用計數算在內。上面這個版本連最簡單的例子都編不過：

intrusive_ptr<MyObject> obj1;       // ok
intrusive_ptr<const MyObject> obj2; // fail

上面這段程式碼告訴我們，儘管我們希望obj2所指的物件不能被修改，可是計數器還是照樣要跑啊。所以refCount_必須宣告為 mutable。事情還沒完，考慮下面的的範例：

intrusive_ptr<MyObject> proto(new MyObject);
...
intrusive_ptr<MyObject> p( new MyObject(*proto) );

程式目的是依據 proto 所指的物件內容建立新物件，由於 MyObject 沒有實作複製建構式，所以編譯器會免費贈送一個。可是預設的複製建構子會順便把引用計數也給複製過去，新生成的物件打從一開始就沒有正確計數，因此最後並不會被自動收拾掉。指派運算也是同樣的道理：

// p1 and p2 are both instances of intrusive_ptr<MyObject>
*p1 = *p2;

雖然一般情形不會故意把程式寫成這樣，不過當程式複雜起來的時候，複製動作可能會以更間接、隱晦的方式出現。要使上面的範例達到最基本的可用性，至少要作到：（1）令refCount_為 mutable；（2）明確自訂複製建構子將引用計數歸零；（3）在 operator= 讓引用計數保持不變。

class MyObject
{
public:
    ...

    MyObject(const MyObject& other) : refCount_(0) { ... }

    MyObject& operator=(const MyObject& other)
    {
        // Copy other members, but make this->refCount_ unchanged.
    }

private:
    mutable long refCount_;
};