C++のスマートポインタ

Question

趣味でC++ ( Better-C というやつ ) をやっています。

馬鹿みたいな(くだらない)質問ですが宜しくお願いいたします。

C++11ぐらいから スマートポインタっていうのがあるようですね。

「生ポインタを使うぐらいならスマートポインタを使え」とか「モダンなC++はスマートポインタで行う( 生ポインタと比較して。 )」とかよくサイトで目にします。

スマートポインタについて自分なりに調べてみましたが、イメージがしづらいです。

shared_ptr:
所有権 ( 管理権? ) は単一オブジェクトが所有し、内部のカウンタをインクリメント/デクリメントでカウントし、
カウンタが 0 になったら完全に破棄される。

weak_ptr:
循環参照(?) するときや 所有権が不要な場合。

unique_ptr:
shared_ptrのカウンタ系を省いて、ある意味 Singletonパターンみたいな感じ?

という認識です。

で、これの使い方は調べればいいですが、どれを使うべきなのか判断ができません。

趣味で組んでいるので 自分用のライブラリを組んでいます。

例えばCTest1 と CTest2 というクラスがそれぞれあり、単一方向でCTest2 が CTest1 をコンポジションするとします。

( 例なのでくだらないものですが。 )

class CTest1{
      public:
                 CTest( int id ) : m_id(id){}
                 ~CTest(){}
                 
                 int id( void ) const{ return m_id; }
      private:
                 int m_id;
};


class CTest2{
      public:
                 CTest( int id ) : m_id(id){
                       test = new CTest1( id * 2 );
                 }
                 
                 
                 ~CTest(){ delete test; }
                 
                 int id( void ) const{ return m_id; }
                 
                 int idEx( void ){
                     return test.id() + m_id; // コンポジションしているオブジェクトのID + 自分のID
                 }
      private:
                 int    m_id;
                 CTest* test;
};

こういう場合は shared_ptr を使うべきなのはなんとなくわかります。

ですが、

void func( CTest2 *obj ){
     cout << obj->idEx() << endl;
}

等の場合はどう考えるといいでしょうか?
例えば「基本的には sharedの方でいいけど、循環参照になる場合はweakで行う」とか。

やはりすべてのパターンを考える必要があるのでしょうか?

[情報]
言語: C++ ( C++11 )
コンパイラ: MinGW

宜しくお願い致します。

Answer 1

こんにちは。

前者のケースはそもそもポインタを使うべきではないような気がしますが、ポインタでないといけない要件が何か有った場合、私ならまずはstd::unique_ptrを検討します。これでできない理由が有る場合に限ってstd::shared_ptrを使います。

ご提示のTest2のオブジェクトをコピーすることはありますか？
std::shared_ptrでTest1へのポインタを記録すればコピーできるようになります。
（現状のままコピーするとTest2オブジェクトの開放時に異常が発生します。そのメカニズムと周辺事情をここで解説してます。）

そして、コピーされたTest2のオブジェクトが全て解放されるまでTest1オブジェクトも解放されません。プロジェクトによってはメモリ・リークになる場合もあると思います。循環参照もそうですが、グローバル変数に代入したり、staticなローカル変数やstaticなメンバ変数に代入すると明示的な解放処理が必要になります。スマート・ポインタといえど解放しなければメモリ・リークです。
そして、複数のプログラマが関わるプロジェクトでこれらを避けることは意外に難しいです。（「このオブジェクトはコピーするな」と仕様書に書いていておいても、それを徹底するのは難しいです。）

逆にTest2のコピーが不要な場合も少なくないと思います。その時はstd::unique_ptrを使っていれば不用意なコピーはできなくなります。
安易にグローバル変数に代入しようとしてもできないので、やばいことにコーディング時に気がつくことができます。
リソース・リークは排他制御ミスの次にデバッグが困難ですので、設計時点で叩き潰しておくことが重要です。ここは急がば回れと思います。

つまり、std::shared_ptrは魔法のポインタではなく扱い方が難しいスマート・ポインタです。std::unique_ptrは気楽に使え、間違った使い方をしたら教えてくれる正に魔法のポインタと思います。
まずは、std::unique_ptrで検討し、どうしても所有者を一つに限定できない時に限ってstd::shared_ptrを使った方が手間がかからないです。

Comments

[BeatStar]

なるほど。

基本はstd::unique_ptr で、コピーが発生する場合は std::shared_ptr ですか。

[Chironian]

std::shared_ptrを使うと不用意にコピーできてしまうので要注意の意味です。

std::shared_ptrを不用意にコピーするということは不用意に所有者が増えるということです。
一般にオブジェクトの所有者はできるだけ少ない方が良いです。リークが発生した時、全ての所有者を疑わないといけないのでまじで苦労しますから。