通过make_shared封装动态数组shared_ptr

Wrap dynamic array with shared_ptr by make_shared

本文关键字：shared 数组 ptr 动态 封装 通过 make      更新时间：2023-10-16

我想写入一些字节数组。为了使用现代c++，我决定使用智能指针。

#include <memory>
#include <cstdint>
using namespace std;
void writeUint32_t(uint32_t value, unsigned char* p){
    *p     = static_cast<unsigned char>((value >> 24) & 0xFF);
    *(++p) = static_cast<unsigned char>((value >> 16) & 0xFF);
    *(++p) = static_cast<unsigned char>((value >>  8) & 0xFF);
    *(++p) = static_cast<unsigned char>((value      ) & 0xFF);
}
int main(){
    auto buf = make_shared<unsigned char[]>(512);
    uint32_t data = 1234;
    writeUint32_t(data, buf.get() + 8);
}

但是，我收到以下编译错误:

u.cpp:15:37: error: invalid use of array with unspecified bounds
 writeUint32_t(data, buf.get() + 8);
                                 ^
u.cpp:15:38: error: cannot convert ‘unsigned char (*)[]’ to ‘unsigned char*’ for argument ‘2’ to ‘void writeUint32_t(uint32_t, unsigned char*)’
 writeUint32_t(data, buf.get() + 8);

我使用g++ (Ubuntu 5.4.0-6ubuntu1~16.04.2) 5.4.0 20160609在这种情况下，有办法使用智能指针吗?

不要使用原始数组std::make_shared，它不会像你期望的那样构造一个数组，而是会尝试创建一个指向你指定的类型的指针，即unsigned char[]。这就是为什么当使用get()时得到unsigned char (*)[]，如错误消息所示。

并且std::shared_ptr默认会删除delete的指针，而不是delete[]，后者应该用于数组。您需要为它指定一个自定义的删除器，但是std::make_shared不允许您指定它。

您可以(1)直接初始化std::shared_ptr并指定删除器，如

std::shared_ptr<unsigned char> buf(new unsigned char[512], [](unsigned char* p)
{
    delete[] p;
});

(2)使用std::unique_ptr代替，它为数组提供了一个指定的版本，包括在解分配时调用delete[]和提供operator[] (std::shared_ptr将从c++ 17开始支持它)。

auto buf = std::make_unique<unsigned char[]>(512);

(3)考虑std::vector<unsigned char>和std::array<unsigned char>

我建议您使用std::vector<unsigned char> vec(512);，包装连续的动态数组正是它的目的。获取原始缓冲区指针非常简单，如vec.data();

如果需要共享vector，那么仍然可以使用智能指针

auto p_vec = make_shared<vector<unsigned char>>(512);

您将获得引用计数的好处，几乎没有开销，因为使用vector， 和，您将获得整个vector API。

如果你真的想使用shared_ptr和数组(而不是像StoryTeller建议的向量)，你的类型应该是unsigned char而不是unsigned char[]。为了确保数组被正确删除，您需要指定一个数组删除器来传递给shared_ptr构造函数(因此您不能使用make_shared，因为它不允许您指定删除器):

auto buf = std::shared_ptr<unsigned char>(new unsigned char[512], std::default_delete<unsigned char[]>());

不能使用:

std::make_shared<unsigned char[]>(512);

那是因为Type[]没有模板专门化。那是因为实际上std::shared_ptr<T> 还不支持operator[]。它将在新标准 c++ 17:

操作符[](C + + 17)

一个解决方案可以使用STL容器，或者IMO更好:std::unique_ptr .

事实上，std::unique_ptr支持operator[]。

从c++ 14开始，可以:

auto buffer = std::make_unique<unsigned char[]>(512);
buffer[index];

它是异常安全的，几乎为0开销，并且它可以用作数组缓冲区。

此外，通过正确调用delete[]操作符可以正确地处理缓冲区的释放。

如果您确实需要shared_ptr<T[]>而不是unique_ptr<T[]>，我建议使用boost::shared_ptr。支持T[] .

优点:

  1. c++ 20仍然不支持shared_ptr<T[]>。尝试了g++ 11.3和VS2022.
  2. 使用std::shared_ptr<T>(new T[size], deleter)表达式创建数组效率不高，因为引用计数器的内存被分配到其他地方。
  3. std::shared_ptr<std::vector>也不是有效的，因为shared_ptr指向指针。为了访问数据，你需要再解引用一次。

boost::shared_ptr解决了所有的问题:

  1. 数据和参考计数器的内存是一次性分配的，并且在附近分配，从而提高了数据的局域性
    2. shared_ptr指向数据本身，而不是像std::vector 那样指向另一个指针。
下面是代码片段: 
#include <boost/shared_ptr.hpp>
#include <boost/make_shared.hpp>
int main()
{
   auto arr = boost::make_shared<unsigned char[]>(512);
}
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