为什么需要auto_ptr_ref

这几天开始拜读侯捷先生和孟岩先生的译作《C++标准程序库：自修教程与参考手册》 。两位先生确实译功上乘，读得很顺。但是读到P55页关于auto_ptr_ref的讨论，却百思不得其解：为什么需要引入auto_ptr_ref这个辅助类呢？

从书中描述来看，仿佛与拷贝构造函数 、右值 、类型转换 有关。于是，结合auto_ptr的源代码，google之、baidu之，找了一推资料，终于初步
搞清该问题。

auto_ptr的拥有权

C++常见的智能指针有std::auto_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_array、boost::scoped_array等。auto_ptr只是其中一种而已。但是，为什么auto_ptr才有auto_ptr_ref ，而boost::shared_ptr却没有shared_ptr_ref呢？

答案与auto_ptr的特性有关。auto_ptr强调对资源的拥有权 （ownership）。也就是说，auto_ptr是"它所指对象"的拥有者。而一个对象只能属于一个拥有者，严禁一物二主，否则就是重婚罪，意料外的灾难将随之而来。

为了保证auto_ptr的拥有权唯一，auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符做了这样一件事情：移除另一个auto_ptr的拥有权 。为了说明拥有权的转移 ，请看下面的代码示例：

Cpp代码

#include <iostream>
#include <memory>
using namespace std;

int main(int argc, char **argv)

{
auto_ptr<int> ptr1(new int(1));
auto_ptr<int> ptr2(ptr1);  //ptr1的拥有权被转移到ptr2
auto_ptr<int> ptr3(NULL);
ptr3 = ptr2;       //ptr2的拥有权被转移到ptr3
cout<<ptr1.get()<<endl;   //结果为0
cout<<ptr2.get()<<endl;   //结果为0
cout<<*ptr3<<endl;        //结果为1

}

auto_ptr的拷贝构造函数与赋值操作符

由于需要实现拥有权的转移，auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符，与一般类的做法不太相同。我们可以看看MinGW5.1.6实现的auto_ptr源代码：

Cpp代码

/**

*  @brief  An %auto_ptr can be constructed from another %auto_ptr.

*  @param  a  Another %auto_ptr of the same type.

*

*  This object now @e owns the object previously owned by @a a,

*  which has given up ownsership.

*/

auto_ptr(auto_ptr& __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) {}

/**

*  @brief  %auto_ptr assignment operator.

*  @param  a  Another %auto_ptr of the same type.

*

*  This object now @e owns the object previously owned by @a a,

*  which has given up ownsership.  The object that this one @e

*  used to own and track has been deleted.

*/

auto_ptr&

operator=(auto_ptr& __a) throw () {

reset(__a.release());

return *this;

}

可以看到，auto_ptr的拷贝构造函数、赋值操作符，它们的参数都是auto_ptr& ，而不是auto_ptr const & 。

一般来说，类的拷贝构造函数和赋值操作符的参数都是const &。但是auto_ptr的做法也是合理的：确保拥有权能够转移 。

如果auto_ptr的拷贝构造函数和赋值操作符的参数是auto_ptr const & ，那么实参的拥有权将不能转移。因为转移拥有权需要修改auto_ptr的成员变量，而实参确是一个const对象，不允许修改。

右值与const &

假设我们想写出下面的代码：

Cpp代码

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

int main(int argc, char **argv) {

auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //使用临时对象进行拷贝构造

auto_ptr<int> ptr2(NULL);

ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));     //使用临时对象进行赋值

}

假设没有定义auto_ptr_ref类及相关的函数，那么这段代码将不能通过编译。主要的原因是，拷贝构造函数及赋值操作符的参数：auto_ptr<int>(new int(1))和 auto_ptr<int>(new int(2)) 都是临时对象 。临时对象属于典型的右值 ，而非const &是不能指向右值的(就是说给引用赋值) （参见More
Effective C++ ，Item 19）。auto_ptr的拷贝构造函数及赋值操作符的参数类型恰恰是auto_ptr&，明显 非const &。

左值和右值

左值可以出现在赋值语句的左边或右边

右值只能出现在赋值语句的右边。

例如 x*y是个右值，编译表达式x*y=10;则出现错误

非const引用不能绑定右值

2011-9-3 16:44

提问者： 古刃霜剑 | 浏览次数：78次

为什么 const &a=40是对的，而&a=40是错的，其中具体的原理是怎样的？

&a是对a解引用了，是a的地址，当然不能把40复给他

而const必须在声明时初始化，也就是const &a=40是初始化而不是把40给赋值，所以编译能通过

同理，下面的两段代码，也不会通过编译：

Cpp代码

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

auto_ptr<int> f();

int main(int argc, char **argv) {

auto_ptr<int> ptr3(f());  //使用临时对象进行拷贝构造

auto_ptr<int> ptr4(NULL);

ptr4 = f();       //使用临时对象进行赋值

}

Cpp代码

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

auto_ptr<int> f(){

return auto_ptr<int>(new int(3));  //这里其实也使用临时对象进行拷贝构造

}

普通类不会遇到这个问题，是因为他们的拷贝构造函数及赋值操作符（不管是用户定义还是编译器生成的版本），参数都是const &。

auto_ptr_ref之目的

传说当年C++标准委员会的好多国家，因为这个问题都想把auto_ptr从标准库中剔除。好在Bill Gibbons和Greg Colvin创造性地提出了auto_ptr_ref，解决了这一问题，世界清静了。

auto_ptr_ref之原理

很显然，下面的构造函数，是可以接收auto_ptr临时对象的。

Cpp代码

auto_ptr(auto_ptr __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) { }

auto_ptr(auto_ptr __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) { }

但另一个问题也很显然：上述构造函数不能通过编译。如果能通过编译，就会陷入循环调用。我们稍作修改：

Cpp代码

auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw() //element_type就是auto_ptr的模板参数。
: _M_ptr(__ref._M_ptr) { }

auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw() //element_type就是auto_ptr的模板参数。

: _M_ptr(__ref._M_ptr) { }

该版本的构造函数，可以接收auto_ptr_ref的临时对象。如果auto_ptr可以隐式转换到auto_ptr_ref，那么我们就能够用auto_ptr临时对象来调用该构造函数。这个隐式转换不难实现：

Cpp代码

template<typename _Tp1>
operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw()
{ return auto_ptr_ref<_Tp1>(this->release()); }

template<typename _Tp1>

operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw()

{ return auto_ptr_ref<_Tp1>(this->release()); }

至此，我们可以写出下面的代码，并可以通过编译：

Cpp代码

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

int main(int argc, char **argv) {

auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //调用auto_ptr_ref版本的构造函数

}

同理，如果我们再提供下面的函数：

auto_ptr&

operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()

{

if (__ref._M_ptr != this->get())

{

delete _M_ptr;

_M_ptr = __ref._M_ptr;

}

return *this;

}

那么，下面的代码也可以通过编译：

Cpp代码

#include <iostream>

#include <memory>

using namespace std;

int main(int argc, char **argv) {

auto_ptr<int> ptr2(NULL);

ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));  //调用auto_ptr_ref版本的赋值操作符

}

auto_ptr_ref之本质

本质上，auto_ptr_ref赋予了auto_ptr“引用”的语义，这一点可以从auto_ptr_ref的注释看出：

Cpp代码

/**

*  A wrapper class to provide auto_ptr with reference semantics.

*  For example, an auto_ptr can be assigned (or constructed from)

*  the result of a function which returns an auto_ptr by value.

*

*  All the auto_ptr_ref stuff should happen behind the scenes.

*/

template<typename _Tp1>

struct auto_ptr_ref

{

_Tp1* _M_ptr;

explicit

auto_ptr_ref(_Tp1* __p): _M_ptr(__p) { }

};

auto_ptr_ref之代码

这里列出auto_ptr_ref相关的函数，共参考：

Cpp代码

auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()
: _M_ptr(__ref._M_ptr) {}

auto_ptr&
operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw () {
if (__ref._M_ptr != this->get()) {
delete _M_ptr;
_M_ptr = __ref._M_ptr;
}
return *this;
}

template<typename _Tp1>
operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw () {
return auto_ptr_ref<_Tp1> (this->release());
}

template<typename _Tp1>
operator auto_ptr<_Tp1>() throw () {
return auto_ptr<_Tp1> (this->release());
}