std::unique_ptr: Výhradní vlastnictví

Zjistěte, jak std::unique_ptr poskytuje výhradní vlastnictví s nulovou režií, jak používat make_unique, vlastní odstraňovače pro prostředky C a vzory továrních funkcí.

Co je unique_ptr?

std::unique_ptrje inteligentní ukazatel, který vlastní výhradně objekt – existuje přesně jedenunique_ptrukazující na jakýkoli daný objekt. Když jeunique_ptrzničen (přejde mimo rozsah), automaticky odstraní vlastněný objekt.

Klíčové vlastnosti:
- Nekopírovatelné – kopírování by vytvořilo dva vlastníky a porušilo výhradní vlastnictví.
- Moveable — vlastnictví lze převést prostřednictvímstd::move.
- Nulová režie —sizeof(unique_ptr) == sizeof(T*)(s výchozím odstraňovačem). Vygenerovaný kód je identický s použitím nezpracovaného ukazatele s ručním odstraněním.
- Toto je výchozí inteligentní ukazatel. Nejprve sáhněte pounique_ptr;shared_ptrpoužívejte pouze tehdy, když skutečně potřebujete sdílené vlastnictví.

make_unique: Jediný správný způsob

std::make_unique(args...)(C++14) je jediný správný způsob, jak vytvořitunique_ptr. Je bezpečný pro výjimky, stručný a vyhýbá se psanínew.

unique_ptr_basics.cpp

#include <iostream>
#include <memory>
#include <string>

struct Connection {
    std::string host;
    int port;
    Connection(std::string h, int p) : host(std::move(h)), port(p) {
        std::cout << "Connected to " << host << ":" << port << '\n';
    }
    ~Connection() {
        std::cout << "Disconnected from " << host << '\n';
    }
    void query(const std::string& sql) {
        std::cout << "Executing: " << sql << '\n';
    }
};

int main() {
    // CORRECT: use make_unique
    auto conn = std::make_unique<Connection>("localhost", 5432);
    conn->query("SELECT * FROM users");

    // Access the raw pointer (non-owning)
    Connection* raw = conn.get();  // does NOT transfer ownership

    // Transfer ownership
    auto conn2 = std::move(conn);
    // conn is now nullptr
    if (!conn) std::cout << "conn is null after move\n";

    // conn2 destroyed here — destructor called automatically
}  // Output: "Disconnected from localhost"

Vlastní Deleters pro C Resources

Mnoho knihoven C vrací nezpracované ukazatele, které musí být uvolněny pomocí konkrétní funkce (nikolidelete).unique_ptrpodporuje vlastní mazače, aby je zvládly. Odstraňovač se stává součástí typu, takže při použití ukazatele funkce nebo bezstavové lambdy má nulovou režii.

custom_deleter.cpp

#include <cstdio>
#include <memory>
#include <iostream>

// Custom deleter for FILE*
struct FileDeleter {
    void operator()(FILE* f) const {
        if (f) {
            std::fclose(f);
            std::cout << "File closed\n";
        }
    }
};

// Type alias for clarity
using UniqueFile = std::unique_ptr<FILE, FileDeleter>;

// Factory function
UniqueFile open_file(const char* path, const char* mode) {
    FILE* f = std::fopen(path, mode);
    if (!f) throw std::runtime_error("Cannot open file");
    return UniqueFile(f);
}

int main() {
    try {
        auto file = open_file("/tmp/test.txt", "w");
        std::fputs("Hello, RAII!\n", file.get());
        // file automatically closed when scope exits
    } catch (const std::exception& e) {
        std::cerr << e.what() << '\n';
    }

    // Lambda deleter (less common, but useful for one-offs)
    auto deleter = [](int* p) { std::cout << "custom free\n"; delete p; };
    std::unique_ptr<int, decltype(deleter)> p(new int(42), deleter);
}

unique_ptr s poli

std::unique_ptrspravuje dynamicky alokované pole a automaticky voládelete[]. Poskytujeoperator[]místooperator*aoperator->.

auto arr = std::make_unique<int[]>(100);  // 100 zero-initialized ints
arr[0] = 42;

However, std::vector is almost always preferable — it knows its size, supports iteration, and is just as efficient. Use unique_ptr pouze při propojení s C API nebo když potřebujete nezměnit velikost a nekopírovat vyrovnávací paměť.

Tovární funkce Vrací unique_ptr

Návratunique_ptrz továrních funkcí je idiomatickým vzorem vlastnictví C++. Volající získává výhradní vlastnictví. Pokud chce volající sdílet vlastnictví, může převést:std::shared_ptr sp = factory();.

factory_unique_ptr.cpp

#include <memory>
#include <iostream>
#include <string>

class Shape {
public:
    virtual ~Shape() = default;
    virtual double area() const = 0;
    virtual std::string name() const = 0;
};

class Circle : public Shape {
    double radius_;
public:
    explicit Circle(double r) : radius_(r) {}
    double area() const override { return 3.14159 * radius_ * radius_; }
    std::string name() const override { return "Circle"; }
};

class Rectangle : public Shape {
    double w_, h_;
public:
    Rectangle(double w, double h) : w_(w), h_(h) {}
    double area() const override { return w_ * h_; }
    std::string name() const override { return "Rectangle"; }
};

// Factory — caller owns the result
std::unique_ptr<Shape> make_shape(const std::string& type, double a, double b = 0) {
    if (type == "circle")    return std::make_unique<Circle>(a);
    if (type == "rectangle") return std::make_unique<Rectangle>(a, b);
    return nullptr;  // unknown shape
}

int main() {
    auto s = make_shape("circle", 5.0);
    if (s) {
        std::cout << s->name() << " area: " << s->area() << '\n';
    }
    // s automatically deleted here
}

Úskalí

Nikdy nepředávejteunique_ptrpomocí const reference do funkce, která pouze pozoruje objekt – místo toho předejte nezpracovaný ukazatel nebo odkaz. Parametryunique_ptrsignalizují převod vlastnictví.

-void use(Widget* w)— pozoruje, žádné vlastnictví
-void sink(std::unique_ptr w)— převezme vlastnictví (zavolejte sstd::move)
-void reseat(std::unique_ptr& w)— může nahradit vlastněný objekt

Nikdy nevytvářejte dvaunique_ptrze stejného nezpracovaného ukazatele – oba budou volatdelete, což způsobí dvojité uvolnění. To je důvod, proč je preferovánmake_unique: neexistuje žádný nezpracovaný ukazatel, který by bylo možné náhodně znovu použít.

Osvědčený postup

1. Výchozí naunique_ptr — měla by to být vaše první volba pro alokaci haldy.
2. Vždy používejtemake_unique — nikdy nezapisujteunique_ptr(new T(...)).
3. Vraťteunique_ptrz továren — implicitně se převede nashared_ptr, pokud to volající potřebuje.
4. Předáním hodnoty převeďte vlastnictví —void sink(unique_ptr p). Volající musí používatstd::move.
5. Předejte nezpracovaný ukazatel/odkaz k pozorování —void use(const T& obj)nebovoid use(T* obj).
6. Označte konstruktor přesunu/přiřazenínoexcept – kritické pro typy uložené v kontejnerech.

Klíčové poznatky

unique_ptrprovides exclusive ownership with zero overhead vs raw pointers
Vždy vytvářejte přesstd::make_unique(args...)— nikdy nepoužívejte nezpracovanýnew
Nekopírovatelné, ale přenosné – převod vlastnictví prostřednictvímstd::move
Vlastní odstraňovače umožňují RAII pro prostředky C (FILE*, sokety atd.)
Vraťteunique_ptrz továrních funkcí – v případě potřeby se převede nashared_ptr
Předat nezpracovaný ukazatel nebo odkaz, když funkce pouze pozoruje, nikoli vlastní

Kvíz — Otestujte své znalosti

(15 XP)

1. Jaká je režie`std::unique_ptr<T>`ve srovnání s nezpracovaným`T*`(s výchozím odstraňovačem)?

2. Jak byste měli předat`unique_ptr`funkci, která potřebuje převzít vlastnictví?

3. Proč je`std::make_unique`preferován před`unique_ptr<T>(new T(...))`?

Předchozí

Dynamická paměť: nová, smazat a jejich nebezpečí

Další

shared_ptr, slabý_ptr a grafy vlastnictví