[C++]const参照にshared_ptrの右辺値を代入したときに参照カウンタが増加する理由

Question

C＋＋のshared_ptrや左辺値/右辺値について勉強中です。

const参照で宣言した変数に、shared_ptrを返す関数で代入をした場合、参照カウンタが増加します。

これは参照ではなくコピーが発生しており、
const std::shared_ptr<Hoge>& x = foo.getHoge();
と
const std::shared_ptr<Hoge> x = foo.getHoge();
に差異はないということでしょうか？

右辺値（という認識）を参照に無理やり代入しようとすると、型変換が発生するということでしょうか。
shared_ptrの参照を返す関数で代入を行った場合は、参照カウンタは増加しません。

// hoge.h
class Hoge {
};

class Foo {
public:
  Foo() {
    hoge = std::make_shared<Hoge>();
  }
  std::shared_ptr<Hoge> getHoge() const {
    return hoge;
  }

private:
  std::shared_ptr<Hoge> hoge;
};

// hoge.cpp
#include <iostream>
#include "hoge.h"

int main() {
  Foo foo;  // 参照カウンタ：0->1

  std::cout << "foo.getHoge().use_count: " << foo.getHoge().use_count() << std::endl;  // 2

  {
    const std::shared_ptr<Hoge>& x = foo.getHoge();  // 参照カウンタが増えている？
 
    std::cout << "foo.getHoge().use_count: " << foo.getHoge().use_count() << std::endl;  // 3

  // 参照カウンタが減じている
  }

  std::cout << "foo.getHoge().use_count: " << foo.getHoge().use_count() << std::endl;  // 2
}

# 出力
foo.getHoge().use_count: 2
foo.getHoge().use_count: 3
foo.getHoge().use_count: 2

なお、テストコードで、出力される参照カウンタ数が1大きいのは、
getHoge().use_count()を呼ぶ瞬間にコピーが発生して参照カウンタが増加しているからです。

Answer 1

こんにちは。

ご存知の通り、getHoge()はreturn文でコピーが発生しますね。
そのコピーにて生成されたstd::shared_ptr<Hoge>のインスタンスを 参照の方の x が拘束した結果、保持されます。x がスコープから外れる時に拘束していたstd::shared_ptr<Hoge>のインスタンスが一緒に開放されます。

参照でない方の x で保持した場合も振る舞いはほぼ同じですが、文法的には異なります。
最適化が働かない場合、getHoge()のreturn文でコピーされ一時オブジェクトが生成されます。次に x がコピーコンストラクタにて生成され、その後、その一時オブジェクトが破棄されます。
実際には RVO が働くので多くの処理系でコピーは1回で済む筈です。その結果、ほぼ同等の振る舞いのように見える筈です。

もし、std::shared_ptrとほぼ同じでコピー・コンストラクタのないクラスでやってみると、参照の x へ代入できても、非参照の x へは代入できない（コンパイルエラーになる）筈です。

---

【追記】
あっとと、ごめんなさい。コピー・コンストラクタはgetHoge()のreturn文でも使われるので、これをdeleteするとgetHoge()のreturn文でもエラーになります。なので参照の x への代入もできません。
う～ん、差を目に見えるようにするのがなかなか難しい。

Comments

[NUNU_E64]

わかりやすい回答ありがとうございます。

なるほど、参照を持つことによってreturn時の一時コピーが保持されるんですね。
文法上の差異についても理解できました。

メモ：一時オブジェクトの参照による束縛については下記も参考にしました
http://ppp-lab.sakura.ne.jp/ProgrammingPlacePlus/cpp/language/017.html

https://cpprefjp.github.io/lang/cpp11/rvalue_ref_and_move_semantics.html

Answer 2

束縛による寿命を確かめるのであれば以下のようなコードだと思います。

#include <iostream>
#include <memory>

class Hoge {
};

class Foo {
public:
  Foo() {
    hoge = std::make_shared<Hoge>();
  }
  std::shared_ptr<Hoge> getHoge() const {
    return hoge;
  }
  const std::shared_ptr<Hoge>& ref() const {
    return hoge;
  }
private:
  std::shared_ptr<Hoge> hoge;
};

int main(){
  Foo foo;  // 参照カウンタ：0->1

  std::cout << ".use_count: " << foo.ref().use_count() << std::endl;  // 1

  {
    const std::shared_ptr<Hoge>&& x = foo.getHoge();//束縛されるので寿命が延びる
    std::cout << "use_count:" << foo.ref().use_count() <<  std::endl;//2
  }
  {
    foo.getHoge();//束縛されないので一時オブジェクトは解放される
    std::cout << "use_count:" << foo.ref().use_count() <<  std::endl;//1
  }

  std::cout << "use_count: " << foo.ref().use_count() << std::endl;  // 1
}