C++: 智能指针的自定义删除器 `Custom Deleter` 有什么用？

C++11智能指针std::shared_ptr和std::unique_ptr都支持自定义删除器，本文将介绍自定义删除器的使用场景和使用方法。智能指针模板参数的第二个类型是删除器，一般是一个函数指针类型或者是一个函数对象类型。通常情况下，删除器的类型是std::default_delete<T>，它是一个函数对象类型，用于调用delete来释放所管理的对象。

template <typename T, typename Deleter = std::default_delete<T>>
class unique_ptr;

template <typename T, typename Deleter = std::default_delete<T>>
class shared_ptr;

1. 自定义删除器的使用场景

自定义删除器的作用是在智能指针释放所管理的对象时，执行一些特殊的操作，比如：

• 内存释放时打印一些日志。

• 管理除内存以外的其它资源，例如文件句柄、数据库连接等。

• 与自定义分配器（Allocator）配合使用，将资源释放给自定义分配器。

• 在C++17之前，std::shared_ptr用于管理数组时需要自定义删除器来释放数组内存，因为默认使用delete来释放所管理的对象，而delete不能正确释放分配的数组，需要在自定义删除器delete[]释放数组。

注： C++17 之后，std::shared_ptr可以管理动态分配的数组，因为std::shared_ptr<T[]>默认使用delete[]来释放所管理的对象。

2. 自定义删除器的使用

自定义删除器可以是一个函数，也可以是一个类的对象, 也可以是一个lambda表达式。

如果是一个函数，它的形式如下：

void free_memory(int* p) {
    std::cout << "delete memory" << std::endl;
    delete p;
}

如果是一个类的对象，它的形式如下：

class FreeMemory {
public:
    void operator()(int* p) {
        std::cout << "delete memory" << std::endl;
        delete p;
    }
};

如果是一个lambda表达式，它的形式如下：

auto free_memory_lambda = [](int* p) {
    std::cout << "delete memory" << std::endl;
    delete p;
}

2.1 shared_ptr自定义删除器的使用:

对于shared_ptr, 不管删除器什么类型，是否有状态都不会增加shared_ptr的大小, 均为两个字长。因为删除器是存储在控制块中，而控制块的大小为两个字长。

std::shared_ptr<int> sp1(new int(0), free_memory); // size: 8
std::shared_ptr<int> sp2(new int(0), FreeMemory()); // size: 8
std::shared_ptr<int> sp3(new int(0), free_memory_lambda); // size: 8

2.2 unique_ptr自定义删除器的使用:

• unique_ptr的删除器类型是一个模板参数，因此需要指定删除器类型。
• 如果删除器是函数指针类型，std::unique_ptr大小从1个字长增长到2个字长，因为需要存储函数指针。
• 如果删除器是无状态删除器（stateless function），比如不进行捕获的lambda表达式，std::unique_ptr大小不变，因为无状态删除器不需要存储任何成员变量。

std::unique_ptr<int, FreeMemory> up1(new int(0)); // size: 4
std::unique_ptr<int, void(*)(int*)> up2(new int(0), free_memory);  // size: 8
std::unique_ptr<int, decltype(free_memory)*> up3(new int(0), free_memory); // size: 4

3. 有状态删除器和无状态删除器

什么是有状态删除器？什么是无状态删除器？有状态删除器是指删除器类中包含有成员变量，无状态删除器是指删除器类中不包含有成员变量。

如果std::unique_ptr的函数对象删除器是具有扩展状态的，其大小可能会非常大。如果大得无法接受，可能需要设计一个无状态删除器。

下面是一个有状态删除器的例子：

class DeleteObject {
public:
    DeleteObject(int n) : n_(n) {}
    void operator()(int* p) {
        std::cout << "delete memory " << n_ << std::endl;
        delete p;
    }
private:
    int n_;
};

总结

本文介绍了自定义删除器的使用场景和使用方法，以及有状态删除器和无状态删除器的区别。帮助大家了解自定义删除器的使用方法。

参考

1. Effective Modern C++, Item 18: Use std::unique_ptr for exclusive-ownership resource management.

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