如何避免 shared_ptr 出现悬空指针？

Question

我有一个 class，其对象指针将作为 key/data 添加到多个 std::map/std::unordered_map/hash（内部实现）中。为了自动删除我正在使用的对象 shared_ptr.

我使用 shared_ptr only class 设计了我的 class。

现在我想确保将来没有人这样做：

#include <memory>
#include <string>

class A {
 protected:
   struct this_is_private;

 public:
   explicit A(const this_is_private &) {}
   A(const this_is_private &, ::std::string, int) {}

   template <typename... T>
   static ::std::shared_ptr<A> create(T &&...args) {
      return ::std::make_shared<A>(this_is_private{0},
                                   ::std::forward<T>(args)...);
   }

 protected:
   struct this_is_private {
       explicit this_is_private(int) {}
   };

   A(const A &) = delete;
   const A &operator =(const A &) = delete;
};


::std::map<A*, int> m_error;
::std::map<::std::shared_ptr<A>, int> m_ok;

::std::shared_ptr<A> foo()
{
   ::std::shared_ptr<A> temp = A::create();

   A * obj_ptr = temp.get(); 
   m_error.insert(pair<A*, int>(obj_ptr, 10)); //How to make sure no one do this in future
   m_ok.insert(pair<::std::shared_ptr<A>, int>(temp,10)); //ok
}

Answer 1

How to avoid dangling pointer with shared_ptr?

完全不存储指向对象的裸指针（既不是引用也不是迭代器），或者确保此类指针的生命周期短于共享指针的生命周期。后者的正确性不如前者的正确性容易证明。

How to make sure no one [store bare pointers] in future

除了完全封装对对象的访问之外，C++ 语言中没有任何功能可以阻止获取对象的地址并存储它。获取地址的程序员始终有责任确保生命周期是 - 并且将来会是 - 他们所期望的。更改对象生命周期的程序员有责任确保没有任何内容依赖于更改后的生命周期。

有一些编程 language 被设计成不让程序员直接访问对象的地址，从而使这个 class 的错误不可能发生。 C++ 不是这些语言之一。

Answer 2

将您的 shared_ptr 隐藏在包装器 class "HiddenSharedPointer" 中，因此您的 class 的用户无法直接访问该对象。

#include <memory>
#include <list>
#include <utility>

class A 
{
public:
    class HiddenSharedPointer : private std::shared_ptr<A>
    {
    public:
        template<typename... Args>
        explicit HiddenSharedPointer(Args&&... args);
        HiddenSharedPointer(HiddenSharedPointer&) = default;
        HiddenSharedPointer(const HiddenSharedPointer&) = default;
        HiddenSharedPointer(HiddenSharedPointer&&) = default;
        HiddenSharedPointer& operator=(const HiddenSharedPointer&) = default;
        HiddenSharedPointer& operator=(HiddenSharedPointer&&) = default;

        // methods directly called on the underlying shared_ptr
        using std::shared_ptr<A>::reset;

        // methods called on the object referenced by the underlying shared_ptr
        void foo();
    };
private:
    explicit A()
    {}
    A(::std::string, int)
    {}
    A(const A &) = delete;
    const A &operator =(const A &) = delete;
public:
    template <typename... T>
    static HiddenSharedPointer create(T &&...args)
    {
        return HiddenSharedPointer(::std::forward<T>(args)...);
    }

    void foo()
    {
    }
};

void A::HiddenSharedPointer::foo()
{
    std::shared_ptr<A>(*this)->foo();
}

template<typename... Args>
A::HiddenSharedPointer::HiddenSharedPointer(Args&&... args)
    : std::shared_ptr<A>(new A(std::forward<Args>(args)...))
{}

std::list<std::pair<A::HiddenSharedPointer, int>> m_ok;

int main()
{
    A::HiddenSharedPointer temp = A::create();
    temp.foo();
    //auto plain_pointer_to_object = temp.get(); // does not compile
    m_ok.push_back(std::pair<A::HiddenSharedPointer, int>(temp, 10));

    temp.reset();

    return 0;
}

请注意，我将地图更改为成对列表，因为如果使用地图，您必须为 HiddenSharedPointer class 提供运算符 <。无论如何，使用（共享）指针作为映射的键不是一个好主意，因为这会带来不确定的行为（即在每个运行中，您的映射具有不同的顺序）。

如何避免 shared_ptr 出现悬空指针？

How to avoid dangling pointer with shared_ptr?

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