詳解C++?智能指針的刪除器

更新時間：2025年05月20日 08:47:40 作者：saltymilk

標準庫為智能指針提供了兩個默認版本的刪除器,可簡化智能指針的代碼編寫,這篇文章主要介紹了C++智能指針的刪除器的相關知識,需要的朋友可以參考下

為什么要設置刪除器

C++11 加入STL的 shared_ptr 和 unique_ptr，已經(jīng)是我們編碼的?？土?。用的多自然就會了解到它們的刪除器，比如很多C語言庫（GDAL, GLFW, libcurl等等）創(chuàng)建的指針不能簡單的使用 delete 釋放，當我們想使用智能指針管理這些庫創(chuàng)建的資源時，必須設置刪除器：

//使用重載了operator()的類作為刪除器
struct CurlCleaner
{
  void operator()(CURL *ptr) const
  {
    curl_easy_cleanup(ptr);
  }
};
std::unique_ptr<CURL, CurlCleaner> curlu(curl_easy_init(), CurlCleaner{});//第二個參數(shù)可省略，因為CurlCleaner可默認構造
std::shared_ptr<CURL> curls(curl_easy_init(), CurlCleaner{});
//使用函數(shù)指針作為刪除器
void GLFWClean(GLFWwindow *wnd)
{
  glfwDestroyWindow(wnd);
}
std::unique_ptr<GLFWwindow, decltype(&GLFWClean)> glfwu(glfwCreateWindow(/*省略*/), GLFWClean);//第二個參數(shù)必須傳入實際調(diào)用的函數(shù)地址
std::shared_ptr<GLFWwindow> glfws(glfwCreateWindow(/*省略*/), GLFWClean);
//上述兩個構造函數(shù)中的第二個參數(shù)都進行了函數(shù)名到函數(shù)指針的隱式轉換
//使用lambda作為刪除器
auto GDALClean=[](GDALDataset *dataset){ GDALClose(dataset); };
std::unique_ptr<GDALDataset, decltype(GDALClean)> gdalu(GDALOpen(/*省略*/), GDALClean);//lambda無法默認構造，必須傳入一個實例
std::shared_ptr<GDALDataset> gdals(GDALOpen(/*省略*/), GDALClean);

上面是三種最常使用的自定義刪除器形式，也可以利用 std::function 的強大適配能力來包裝可調(diào)用對象作為刪除器，此處不展開。

標準庫提供的默認刪除器

內(nèi)置類型和析構函數(shù)為 public 的類類型，無需指定刪除器，智能指針會在引用計數(shù)歸零時自動調(diào)用 delete 對管理的指針進行釋放，使得語法相對簡潔：

std::unique_ptr<int> pi(new int(42));
std::shared_ptr<float> pf(new float(0.0f));
std::unique_ptr<std::vector<int>> pveci(new std::vector<int>());
std::unique_ptr<std::list<int>> plsti(new std::list<int>());

很長一段時間內(nèi)，我以為智能指針只有 delete 一個默認的刪除器，所以每次在管理 new[] 得到的指針時，都會為它編寫調(diào)用 delete[] 的刪除器，直到翻看智能指針的源碼，發(fā)現(xiàn)它們的默認刪除器其實有一個針對數(shù)組形式指針的特化版本：

template<class _Tp>
struct default_delete//默認刪除器主模板
{
  ...
  void operator()(_Tp *_Ptr) const noexcept
  {
    ...
    delete _Ptr;//使用delete釋放指針
  }
  ...
}
template<class _Tp>
struct default_delete<_Tp[]>//針對數(shù)組形式的特化版本
{
  ...
  void operator()(_Tp *_Ptr) const noexcept
  {
    ...
    delete[] _Ptr;//使用delete[]釋放指針
  }
  ...
}
//unique_ptr
template<class _Tp, class _Dp = default_delete<_Tp>/*默認刪除器*/>
class unique_ptr{...};
//shared_ptr
template <class, class _Yp>//輔助類主模板，普通指針應用該版本
struct __shared_ptr_default_delete : default_delete<_Yp> {};
template <class _Yp, class _Un, size_t _Sz>//數(shù)組形式特化，匹配固定長度的數(shù)組形式，如std::shared_ptr<int[10]>
struct __shared_ptr_default_delete<_Yp[_Sz], _Un> : default_delete<_Yp[]> {};
template <class _Yp, class _Un>//數(shù)組形式特化，匹配不定長度的數(shù)組形式，如std::shared_ptr<int[]>
struct __shared_ptr_default_delete<_Yp[], _Un> : default_delete<_Yp[]> {};
template<class _Tp>
class shared_ptr
{
  ...
  template <class _Yp,/*檢查_Yp指針是否可轉換為_Tp指針（比如子類指針到基類指針）、_Yp類型是否可應用delete與delete[]操作*/>
  explicit shared_ptr(_Yp* __p) : __ptr_(__p) {
    ...
    typedef __shared_ptr_pointer<_Yp*, __shared_ptr_default_delete<_Tp, _Yp>/*根據(jù)_Yp類型選擇合適的默認刪除器*/, _AllocT> _CntrlBlk;
    __cntrl_ = new _CntrlBlk(__p, __shared_ptr_default_delete<_Tp, _Yp>(), _AllocT());
    ...
  }
  ...
};
//用戶代碼
std::unique_ptr<int[]> piu(new int[10]);//匹配int[]版本，刪除器編譯為使用delete[]釋放指針
std::shared_ptr<int[]> pis(new int[10]);//構造函數(shù)內(nèi)選擇使用delete[]釋放指針的刪除器

以上代碼節(jié)選自 llvm-mingw 的標準庫，查看了一下手頭上的幾個版本的標準庫實現(xiàn)，發(fā)現(xiàn) unique_ptr 的實現(xiàn)大致類似。值得一提的是，unique_ptr 自身也有針對數(shù)組形式的特化版本 unique_ptr<_Tp[]>，由于知曉管理的是數(shù)組形式的指針，這個特化版本不提供 operator-> 訪問符號，取而代之的是 operator[] 來訪問數(shù)組數(shù)據(jù)。

llvm-mingw shared_ptr 默認刪除器的選擇是通過輔助模板類 __shared_ptr_default_delete 的特化來實現(xiàn)的；MSVC 版本中 shared_ptr 的構造函數(shù)則直接使用 if consexpr（雖然是 C++17 開始支持，但是發(fā)現(xiàn) C++14 版本的代碼中已經(jīng)使用）判斷實例化指針類型是否為數(shù)組形式選擇相應刪除器；GCC 的 shared_ptr 邏輯相對復雜一些，其 shared_ptr 繼承自 __shared_ptr，而 __shared_ptr 有一個類型為 __shared_count 的成員 _M_refcount，該類有一系列重載的構造函數(shù)，其中幾個是:

struct __sp_array_delete
{
  template<typename _Yp>
  void operator()(_Yp *__p) const 
  {
    delete[] __p;
  }
};
r1: template<typename _Ptr>/*默認使用delete版本的刪除器，省略實現(xiàn)*/
    explicit __shared_count(_Ptr __p)
r2: template<typename _Ptr>/*委托給r1*/
    __shared_count(_Ptr __P, false_type) : __shared_count(__p){}
r3: template<typename _Ptr, typename _Deleter, typename _Alloc, typename = typename __not_alloc_shared_tag<_Deleter>::type>
    __shared_count(_Ptr __p, _Deleter __d, _Alloc __a)/*可指定刪除器、內(nèi)存分配器的版本*/
r4: template<typename _Ptr>/*委托給r3*/
    __shared_count(_Ptr __p, true_type) : __shared_count(__p, __sp_array_delete{}, allocator<void>()){}
//__shared_ptr的接受一個指針參數(shù)的構造函數(shù)
template<typename _Yp, /*檢查_Yp *是否和轉換為類的實例化指針類型*/>
explicit __shared_ptr(_Yp *__p): _M_ptr(__p), _M_refcount(__p, typename is_array<_Tp>::type()){...}

通過代碼我們大致可以推測，__shared_count 這個類是用來管理引用計數(shù)和刪除器的類。
可以看到，如果 __shared_ptr 構造函數(shù)接受的指針類型為普通指針，會調(diào)用 __shared_count(__p, false_type) 將 _M_refcount 構造為使用 delete 釋放指針的版本；而當它接受的指針類型為數(shù)組形式指針時，__shared_count(__p, true_type) 則會被調(diào)用，構造的 _M_refcount 存儲的刪除器是 __sp_array_delete 類型，這個類型使用 delete[] 釋放指針。