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這幾天開始拜讀侯捷先生和孟巖先生的譯作《C++標準程序庫：自修教程與參考手冊》 。兩位先生確實譯功上乘，讀得很順。但是讀到P55頁關于auto_ptr_ref的討論，卻百思不得其解：為什么需要引入auto_ptr_ref這個輔助類呢？

從書中描述來看，仿佛與拷貝構造函數 、右值 、類型轉換 有關。于是，結合auto_ptr的源代碼，google之、baidu之，找了一推資料，終于初步 搞清該問題。

auto_ptr的擁有權

C++常見的智能指針有std::auto_ptr、boost::shared_ptr、boost::scoped_ptr、boost::shared_array、boost::scoped_array等。auto_ptr只是其中一種而已。但是，為什么auto_ptr才有auto_ptr_ref ，而boost::shared_ptr卻沒有shared_ptr_ref呢？

答案與auto_ptr的特性有關。auto_ptr強調對資源的擁有權 （ownership）。也就是說，auto_ptr是"它所指對象"的擁有者。而一個對象只能屬于一個擁有者，嚴禁一物二主，否則就是重婚罪，意料外的災難將隨之而來。

為了保證auto_ptr的擁有權唯一，auto_ptr的拷貝構造函數和賦值操作符做了這樣一件事情：移除另一個auto_ptr的擁有權 。為了說明擁有權的轉移 ，請看下面的代碼示例：

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv){  
6.     auto_ptr<int> ptr1(new int(1));  
7.     auto_ptr<int> ptr2(ptr1); //ptr1的擁有權被轉移到ptr2  
8.   
9.     auto_ptr<int> ptr3(NULL);  
10.     ptr3 = ptr2;                //ptr2的擁有權被轉移到ptr3  
11.   
12.     cout<<ptr1.get()<<endl;     //結果為0  
13.     cout<<ptr2.get()<<endl;     //結果為0  
14.     cout<<*ptr3<<endl;          //結果為1  

auto_ptr的拷貝構造函數與賦值操作符  

由于需要實現擁有權的轉移，auto_ptr的拷貝構造函數和賦值操作符，與一般類的做法不太相同。我們可以看看MinGW 5.1.6實現的auto_ptr源代碼：

Cpp代碼  

1.  /** 
2.  *  @brief  An %auto_ptr can be constructed from another %auto_ptr. 
3.  *  @param  a  Another %auto_ptr of the same type. 
4.  * 
5.  *  This object now @e owns the object previously owned by @a a, 
6.  *  which has given up ownsership. 
7.  */  
8. auto_ptr(auto_ptr& __a) throw() : _M_ptr(__a.release()) {}  
9.   
10. /** 
11.  *  @brief  %auto_ptr assignment operator. 
12.  *  @param  a  Another %auto_ptr of the same type. 
13.  * 
14.  *  This object now @e owns the object previously owned by @a a, 
15.  *  which has given up ownsership.  The object that this one @e 
16.  *  used to own and track has been deleted. 
17.  */  
18. auto_ptr&  
19. operator=(auto_ptr& __a) throw () {  
20.     reset(__a.release());  
21.     return *this;  
22. }  

    可以看到，auto_ptr的拷貝構造函數、賦值操作符，它們的參數都是auto_ptr& ，而不是auto_ptr const & 。

    一般來說，類的拷貝構造函數和賦值操作符的參數都是const &。但是auto_ptr的做法也是合理的：確保擁有權能夠轉移 。

    如果auto_ptr的拷貝構造函數和賦值操作符的參數是auto_ptr const & ，那么實參的擁有權將不能轉移。因為轉移擁有權需要修改auto_ptr的成員變量，而實參確是一個const對象，不允許修改。

右值與const &

假設我們想寫出下面的代碼：

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //使用臨時對象進行拷貝構造  
7.     auto_ptr<int> ptr2(NULL);  
8.     ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));           //使用臨時對象進行賦值  
9. }  

    假設沒有定義auto_ptr_ref類及相關的函數，那么這段代碼將不能通過編譯。主要的原因是，拷貝構造函數及賦值操作符的參數：auto_ptr<int>(new int(1))和 auto_ptr<int>(new int(2)) 都是臨時對象 。臨時對象屬于典型的右值 ，而非const &是不能指向右值的 （參見More Effective C++ ，Item 19）。auto_ptr的拷貝構造函數及賦值操作符的參數類型恰恰是auto_ptr&，明顯 非const &。

    同理，下面的兩段代碼，也不會通過編譯：

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4. auto_ptr<int> f();  
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr3(f());  //使用臨時對象進行拷貝構造  
7.     auto_ptr<int> ptr4(NULL);  
8.     ptr4 = f();               //使用臨時對象進行賦值  
9. }  

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4. auto_ptr<int> f(){  
5.     return auto_ptr<int>(new int(3));  //這里其實也使用臨時對象進行拷貝構造  
6. }  

    普通類不會遇到這個問題，是因為他們的拷貝構造函數及賦值操作符（不管是用戶定義還是編譯器生成的版本），參數都是const &。

auto_ptr_ref之目的

傳說當年C++標準委員會的好多國家，因為這個問題都想把auto_ptr從標準庫中剔除。好在Bill Gibbons和Greg Colvin創造性地提出了auto_ptr_ref，解決了這一問題，世界清靜了。

auto_ptr_ref之原理

    很顯然，下面的構造函數，是可以接收auto_ptr臨時對象的。

Cpp代碼  

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

    但另一個問題也很顯然：上述構造函數不能通過編譯。如果能通過編譯，就會陷入循環調用。我們稍作修改：

Cpp代碼  

1. auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  //element_type就是auto_ptr的模板參數。  
2.       : _M_ptr(__ref._M_ptr) { }   

    該版本的構造函數，可以接收auto_ptr_ref的臨時對象。如果auto_ptr可以隱式轉換到auto_ptr_ref，那么我們就能夠用auto_ptr臨時對象來調用該構造函數。這個隱式轉換不難實現：

Cpp代碼  

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

    至此，我們可以寫出下面的代碼，并可以通過編譯：

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr1(auto_ptr<int>(new int(1)));  //調用auto_ptr_ref版本的構造函數  
7. }  

   同理，如果我們再提供下面的函數：

Cpp代碼  

1. auto_ptr&  
2.      operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  
3.      {  
4. if (__ref._M_ptr != this->get())  
5.   {  
6.     delete _M_ptr;  
7.     _M_ptr = __ref._M_ptr;  
8.   }  
9. return *this;  
10.      }  

    那么，下面的代碼也可以通過編譯：

Cpp代碼  

1. #include <iostream>  
2. #include <memory>  
3. using namespace std;  
4.   
5. int main(int argc, char **argv) {  
6.     auto_ptr<int> ptr2(NULL);  
7.     ptr2 = (auto_ptr<int>(new int(2)));  //調用auto_ptr_ref版本的賦值操作符  
8. }  

auto_ptr_ref之本質

本質上，auto_ptr_ref賦予了auto_ptr“引用”的語義，這一點可以從auto_ptr_ref的注釋看出：

Cpp代碼  

1. /** 
2.    *  A wrapper class to provide auto_ptr with reference semantics. 
3.    *  For example, an auto_ptr can be assigned (or constructed from) 
4.    *  the result of a function which returns an auto_ptr by value. 
5.    * 
6.    *  All the auto_ptr_ref stuff should happen behind the scenes. 
7.    */  
8.   template<typename _Tp1>  
9.     struct auto_ptr_ref  
10.     {  
11.       _Tp1* _M_ptr;  
12.         
13.       explicit  
14.       auto_ptr_ref(_Tp1* __p): _M_ptr(__p) { }  
15.     };  

auto_ptr_ref之代碼

這里列出auto_ptr_ref相關的函數，共參考：

Cpp代碼  

1. auto_ptr(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw()  
2. : _M_ptr(__ref._M_ptr) {}  
3.   
4. auto_ptr&  
5. operator=(auto_ptr_ref<element_type> __ref) throw () {  
6.     if (__ref._M_ptr != this->get()) {  
7.         delete _M_ptr;  
8.         _M_ptr = __ref._M_ptr;  
9.     }  
10.     return *this;  
11. }  
12.   
13. template<typename _Tp1>  
14. operator auto_ptr_ref<_Tp1>() throw () {  
15.     return auto_ptr_ref<_Tp1> (this->release());  
16. }  
17.   
18. template<typename _Tp1>  
19. operator auto_ptr<_Tp1>() throw () {  
20.     return auto_ptr<_Tp1> (this->release());  
21. }  

 參考資料

auto_ptr之變遷

auto_ptr實現之我見

auto_ptr_ref的奇妙（上）

auto_ptr_ref的奇妙（下）

auto_ptr_ref 的目的是什么

關于auto_ptr_ref的一點問題

左值和右值

轉自：http://www.iteye.com/topic/746062