C++11使用make_shared的优势和劣势

C++11 中引入了智能指针, 同时还有一个模板函数 std::make_shared 可以返回一个指定类型的 std::shared_ptr, 那与 std::shared_ptr 的构造函数相比它能给我们带来什么好处呢 ?

优点

效率更高

shared_ptr 需要维护引用计数的信息,

• 强引用, 用来记录当前有多少个存活的 shared_ptrs 正持有该对象. 共享的对象会在最后一个强引用离开的时候销毁( 也可能释放).
• 弱引用, 用来记录当前有多少个正在观察该对象的 weak_ptrs. 当最后一个弱引用离开的时候, 共享的内部信息控制块会被销毁和释放 (共享的对象也会被释放, 如果还没有释放的话).

如果你通过使用原始的 new 表达式分配对象, 然后传递给 shared_ptr (也就是使用 shared_ptr 的构造函数) 的话, shared_ptr 的实现没有办法选择, 而只能单独的分配控制块:

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auto p = new widget();
shared_ptr sp1{ p }, sp2{ sp1 };

如果选择使用 make_shared 的话, 情况就会变成下面这样:

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auto sp1 = make_shared(), sp2{ sp1 };

内存分配的动作, 可以一次性完成. 这减少了内存分配的次数, 而内存分配是代价很高的操作.

关于两种方式的性能测试可以看这里 Experimenting with C++ std::make_shared

异常安全

看看下面的代码:

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void F(const std::shared_ptr<Lhs>& lhs, const std::shared_ptr<Rhs>& rhs) { /* ... */ }

F(std::shared_ptr<Lhs>(new Lhs("foo")),
  std::shared_ptr<Rhs>(new Rhs("bar")));

C++ 是不保证参数求值顺序, 以及内部表达式的求值顺序的, 所以可能的执行顺序如下:

1. new Lhs(“foo”))
2. new Rhs(“bar”))
3. std::shared_ptr
4. std::shared_ptr

好了, 现在我们假设在第 2 步的时候, 抛出了一个异常 (比如 out of memory, 总之, Rhs 的构造函数异常了), 那么第一步申请的 Lhs 对象内存泄露了. 这个问题的核心在于, shared_ptr 没有立即获得裸指针.

我们可以用如下方式来修复这个问题.

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auto lhs = std::shared_ptr<Lhs>(new Lhs("foo"));
auto rhs = std::shared_ptr<Rhs>(new Rhs("bar"));
F(lhs, rhs);

当然, 推荐的做法是使用 std::make_shared 来代替:

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F(std::make_shared<Lhs>("foo"), std::make_shared<Rhs>("bar"));

缺点

构造函数是保护或私有时,无法使用 make_shared

make_shared 虽好, 但也存在一些问题, 比如, 当我想要创建的对象没有公有的构造函数时, make_shared 就无法使用了, 当然我们可以使用一些小技巧来解决这个问题, 比如这里 How do I call ::std::make_shared on a class with only protected or private constructors?

对象的内存可能无法及时回收

make_shared 只分配一次内存, 这看起来很好. 减少了内存分配的开销. 问题来了, weak_ptr 会保持控制块(强引用, 以及弱引用的信息)的生命周期, 而因此连带着保持了对象分配的内存, 只有最后一个 weak_ptr 离开作用域时, 内存才会被释放. 原本强引用减为 0 时就可以释放的内存, 现在变为了强引用, 若引用都减为 0 时才能释放, 意外的延迟了内存释放的时间. 这对于内存要求高的场景来说, 是一个需要注意的问题. 关于这个问题可以看这里 make_shared, almost a silver bullet

参考

• GotW #89 Solution: Smart Pointers
• cppreference.com – std::make_shared