c++ - 等式比较 std::weak_ptr

Question

我想比较两个 std::weak_ptr 或一个 std::weak_ptr 和一个 std::shared_ptr 是否相等。

我想知道的是每个weak_ptr/shared_ptr指向的对象是否相同。 不仅如果地址不匹配，而且如果底层对象被删除然后偶然用相同的地址重建，则比较应该会产生负面结果。

所以基本上，即使分配器保留相同的地址，我也希望这个断言成立:

auto s1 = std::make_shared<int>(43);
std::weak_ptr<int> w1(s1);

s1.reset();

auto s2 = std::make_shared<int>(41);
std::weak_ptr<int> w2(s2);

assert(!equals(w1,w2));

weak_ptr 模板不提供相等运算符，据我了解，它是 for a good reason .

所以一个简单的实现应该是这样的:

template <typename T, typename U>
inline bool naive_equals(const std::weak_ptr<T>& t, const std::weak_ptr<U>& u)
{
    return !t.expired() && t.lock() == u.lock();
}

template <typename T, typename U>
inline bool naive_equals(const std::weak_ptr<T>& t, const std::shared_ptr<U>& u)
{
    return !t.expired() && t.lock() == u;
}

如果第一个weak_ptr同时过期，它产生0。如果没有，我将weak_ptr升级为shared_ptr并比较地址。

问题是我必须锁定weak_ptr 两次(一次)!恐怕这需要太多时间。

我想出了这个:

template <typename T, typename U>
inline bool equals(const std::weak_ptr<T>& t, const std::weak_ptr<U>& u)
{
    return !t.owner_before(u) && !u.owner_before(t);
}


template <typename T, typename U>
inline bool equals(const std::weak_ptr<T>& t, const std::shared_ptr<U>& u)
{
    return !t.owner_before(u) && !u.owner_before(t);
}

检查 u 的所有者 block 是否不在 t 之前，并且 t 不在 u 之前，所以 t == u。

这是否如我所愿？从不同的 shared_ptr 创建的两个weak_ptr 是否总是以这种方式比较不相等？ 还是我错过了什么？

编辑:我为什么要首先这样做？ 我想要一个带有共享指针的容器，并且我想分发对其中对象的引用。 我不能使用迭代器，因为它们可能会失效。我可以分发(整数)ID，但这会导致唯一性问题，并且需要 map 类型和复杂的搜索/插入/删除操作。 这个想法是使用 std::set 并将指针本身(封装在包装器类中)作为键，以便客户端可以使用weak_ptr 访问集合中的对象。

Answer 1

完全重写这个答案，因为我完全误解了。这是一件很难做到的事情!

std::weak_ptr和std::shared_ptr的通常实现符合标准的是有两个堆对象:托管对象和< em>控制 block 。每个指向同一个对象的共享指针都包含一个指向该对象和控制 block 的指针，每个弱指针也是如此。控制 block 记录共享指针的个数和弱指针的个数，当共享指针的个数达到0时释放被管理对象；当弱指针的数量也达到0时，控制 block 本身被释放。

由于共享或弱指针中的对象指针可以指向实际托管对象的子对象，例如一个基类、一个成员，甚至是托管对象拥有的另一个堆对象。

S0 ----------______       MO <------+
   \__             `----> BC        |
      \_ _______--------> m1        |
     ___X__               m2 --> H  |
S1 -/      \__ __----------------^  |
    \___ _____X__                   |
    ____X________\__                |
W0 /----------------`---> CB -------+  
                          s = 2 
                          w = 1 

这里我们有两个共享指针，分别指向托管对象的基类和成员，以及指向托管对象拥有的堆对象的弱指针；控制 block 记录了存在两个共享指针和一个弱指针。控制 block 还有一个指向托管对象的指针，当托管对象过期时，它使用它来删除托管对象。

owner_before/owner_less 语义是通过控制 block 的地址来比较共享指针和弱指针，保证不改变，除非指针本身被修改；即使弱指针过期，因为所有共享指针都已被破坏，它的控制 block 仍然存在，直到所有弱指针也被破坏。

所以您的 equals 代码绝对正确且线程安全。

问题在于它与 shared_ptr::operator== 不一致，因为它比较对象指针，并且具有相同控制 block 的两个共享指针可以指向不同的对象(如上)。

为了与 shared_ptr::operator== 保持一致，编写 t.lock() == u 绝对没问题；但是请注意，如果它返回 true 则仍然不能确定弱指针是另一个共享指针的弱指针；它可能是一个别名指针，因此在下面的代码中仍然可能过期。

但是，比较控制 block 的开销较小(因为它不需要查看控制 block )，并且如果您不使用别名指针，将给出与 == 相同的结果。

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我认为这里的标准存在缺陷；添加一个 owner_equals 和 owner_hash 将允许在无序容器中使用 weak_ptr 并且给定 owner_equals 它实际上变得比较明智相等的弱指针，因为您可以安全地比较控制 block 指针然后对象指针，因为如果两个弱指针具有相同的控制 block ，那么您知道两者都或都没有过期。可能是下一个版本的标准。