问C++中的侵入性与非侵入性参考指标

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侵入性指针和非侵入性指针之间有几个重要区别：

第二(非侵入性)的最大优势是：

• 实现对第二个引用(即shared_ptr/weak_ptr)的弱引用要简单得多。

第一个优点是当您需要获得智能指针时(至少在boost::shared_ptr、std::tr1::shared_ptr的情况下)。

• 不能在构造函数和析构函数中使用shared_ptr。
• 在类的层次结构中使用shared_from是非常重要的。

首先，我要提醒您，共享所有权通常是一种难以驯服的野兽，并且可能导致很难根除bug。

有许多方法可以避免共享所有权。Factory方法(使用Boost指针容器实现自身)是我个人最喜欢的方法之一。

现在，关于参考点票.

1.侵入性指针

计数器嵌入在对象本身中，这意味着：

• 您需要提供向计数器添加/减字符串的方法，并且您有责任使它们成为线程安全的。
• 计数不能存活于对象，所以没有weak_ptr，所以如果不使用Observer模式，您就不能在设计中有循环的引用。相当复杂

2.非侵入性指针

我只谈boost::shared_ptr和boost::weak_ptr。最近，我对源代码进行了一些深入的研究，以精确地了解机械原理，而且确实有更复杂的事情要比上面的更复杂！

// extract of <boost/shared_ptr.hpp>

template <class T>
class shared_ptr
{
  T * px;                     // contained pointer
  boost::detail::shared_count pn;    // reference counter
};

• 计数的维护已经为您写好了，并且是线程安全的。
• 在循环引用的情况下，可以使用weak_ptr。
• 只有一个构建shared_ptr对象的对象需要了解对象析构函数(参见示例)

下面是一个小小的例子，来说明这个向前声明的魔力：

 // foofwd.h
 #include <boost/shared_ptr.hpp>

 class Foo;

 typedef boost::shared_ptr<Foo> foo_ptr;

 foo_ptr make_foo();

 // foo.h
 #include "foofwd.h"

 class Foo { /** **/ };

 // foo.cpp
 #include "foo.h"

 foo_ptr make_foo() { return foo_ptr(new Foo()); }

 // main.cpp
 #include "foofwd.h"

 int main(int argc, char* argv[])
 {
   foo_ptr p = make_foo();
 } // p.get() is properly released

有一点模板魔术来授权这一点。基本上，计数器对象嵌入了一个允许进行某种类型擦除的disposer* (但是是第三个分配)。但是非常有用，因为它确实允许转发声明！

3.结论

虽然我同意侵入性指针可能更快，因为在较少的分配中(为shared_ptr分配了3个不同的内存块)，但也没有那么实用。

因此，我想向您指出Boost侵入指针库，特别是它的介绍：

通常情况下，如果intrusive_ptr是否比shared_ptr更适合您的需求并不明显，那么首先尝试shared_ptr-based设计。

我不知道一项关于非侵入性过度侵入造成的额外成本的研究。但我要指出的是，非侵入性似乎是C++专家普遍推荐的.当然，这可能没什么意义！但理由很合理:如果你需要智能指针，那是因为你想要一种更简单的方法来实现对象生命周期管理，而不是手工编写它，所以你强调的是正确性和简单性，而不是性能，这总是一个好主意，直到你描述了一个真实的设计模型。

很可能是在一个简化的测试中，非侵入性的速度是侵入性的两倍，然而在实际工作的实际程序中，这种速度差异在噪音中消失了，变得如此微不足道，以至于你甚至无法测量它。这是一种非常普遍的现象；您想象的对性能有重要意义的事情通常并不重要。

如果您发现了性能瓶颈，这是可能的(可能吗？)维护引用计数本身的工作(在这两种方法中)对性能的影响与非侵入性方法中的额外间接影响一样大。对于原始指针，语句：

p1 = p2;

在优化器发挥了作用之后，可能只需要在两个CPU寄存器之间移动一个值。但是，如果它们是引用来计算智能指针，即使具有侵入性，这就像：

if (p1 != p2)
{
    if ((p1 != 0) && (--(p1->count) == 0))
        delete p1;

    p1 = p2;

    if (p1 != 0)
        p1->count++;
}

这种情况发生在传递给每个函数的每个智能指针参数中。因此，有许多额外的访问可能遥远的区域的记忆，以提高和降低计数每次。为了确保线程安全，增量和递减检查操作必须是互锁/原子操作，这可能对多核产生严重的负面影响。

我认为C++的“亮点”是这样一种情况，即您不需要管理这种非常动态的数据结构。相反，您有一个简单的对象所有权分层模式，因此每个对象都有一个明显的单一所有者，而且数据的生存期往往遵循函数调用的生存期(通常不是这样)。然后，您可以让标准容器和函数调用堆栈为您管理一切。这一点在即将推出的带有rvalue引用、unique_ptr等的语言版本中得到了强调，这一切都是为了以一种简单的方式围绕对象的单一所有权进行转移。如果您真的需要动态的多所有者生命周期管理，那么真正的GC将更快、更容易正确使用，但是对于GC来说，C++并不是一个非常愉快的家。

另一个小问题:不幸的是，“在非侵入式智能指针中，只有一个指针指向每个Foo”是不正确的。在Foo内部有一个this指针，它是一个Foo *，所以裸露的指针仍然可以泄漏出去，通常是很难找到的。