c++ - 我是否总是必须使用 unique_ptr 来表达所有权？

Question

假设我有一个 A 类，它拥有 B 类的一个对象。

• A 负责创建和删除 B 的该对象。
• 所有权不得转让给其他类别。
• 创建 A 的对象后，B 的对象将永远不会被重新初始化。

通常，据我所知，在现代 C++ 中，我们会使用 unique_ptr 来表示 A 是该对象/引用的所有者:

// variant 1 (unique pointer)
class A {
  public:
    A(int param) : b(std::make_unique<B>(param)) {}

    // give out a raw pointer, so that others can access and change the object 
    // (without transferring ownership)
    B* getB() {
      return b.get();
    }
  private:
    std::unique_ptr<B> b;
};

有人建议我也可以使用这种方法:

// variant 2 (no pointer)
class A {
  public:
    A(int param) : b(B(param)) {}

    // give out a reference, so that others can access and change the object 
    // (without transferring ownership)
    B& getB() {
      return b;
    }
  private:
    B b;
};

据我了解，主要区别在于，在变体 2 中，内存是连贯分配的，而在变体 1 中，B 对象的内存可以分配在任何地方，并且必须首先解析指针才能找到它。 当然，如果 A 的公共(public)接口(interface)的用户可以使用 B* 或 B&，情况也会有所不同。 但在这两种情况下，我确信所有权仍属于 A，因为我需要它。

我是否总是必须使用变体 1 (unique_ptrs) 来表达所有权？ 使用变体 2 而不是变体 1 的原因是什么？

Answer 1

所有权可以通过不同的方式表达。

您的B b变体 2 是最简单的所有权形式。类的实例A独占地拥有存储在 b 中的对象并且所有权不能转移给另一个对象或(成员)变量。

std::unique_ptr<B> b表达对 std::unique_ptr<B> 管理的对象的唯一但可转让的所有权.

还有 std::optional<B> , std::vector<B> , … 或 std::variant<B,C> ，表示所有权。

Also of course, it makes a difference if users of A's public interface can work with a B* or a B&. But in both cases, I am sure that ownership stays within A as I need it.

您始终可以创建一个返回 B* 的成员函数。无论成员(member)是否B b ，或std::unique_ptr<B> b (或者也适用于 std::optional<B> 、 std::vector<B> 、… std::variant<B,C> )

有趣的是这段代码:

变体 1

class A {
  public:
    A(int param) : b(B(param)) {}

    // give out a reference, so that others can access and change the object 
    B& getBRef() {
      return b;
    }


    B* getB() {
      return &b;
    }
  private:
    B b;
};

那么问题就少了:

变体 2

class A {
  public:
    A(int param) : b(std::make_unique<B>(param)) {}

    // give out a raw pointer, so that others can access and change the object 
    // (without transferring ownership)
    B* getB() {
      return b.get();
    }
  private:
    std::unique_ptr<B> b;
};

对于变体 2 情况，调用 A 的另一个成员函数可能会使指针无效(例如，如果该函数将另一个对象分配给 unique_ptr )。而对于变体 1，返回的指针(或引用)的有效性由 A 实例的生命周期给出。

无论如何，你都必须处理 B *作为非拥有原始指针，并在文档中明确说明该原始指针的有效时间。

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您选择哪种所有权取决于实际用例。 大多数时候，您会尝试保持最简单的所有权B b 。如果该对象是可选的，您将使用 std::optional<B> .

如果实现需要它，例如如果您计划使用 PImpl，如果数据结构可能阻止使用 B b (就像树形或图形结构的情况)，或者如果所有权必须可转让，您可能需要使用 std::unique_ptr<B> .