C++：为什么unique_ptr的Deleter是模板类型参数，而shared_ptr的Deleter不是？

为什么unique_ptr的Deleter是模板类型参数，而shared_ptr的Deleter不是？

template class T, class D = default_delete T 

class unique_ptr {

public:

 unique_ptr (pointer p,

 typename conditional is_reference D ::value,D,const D del) noexcept;

template class T 

class shared_ptr {

public:

 template class U, class D 

 shared_ptr (U* p, D del);

};

上面的代码中能看到unique_ptr的第二个模板类型参数是Deleter，而shared_ptr的Delete则只是构造函数参数的一部分，并不是shared_ptr的类型的一部分。

为什么会有这个区别呢？

答案是效率。unique_ptr的设计目标之一是尽可能的高效，如果用户不指定Deleter，就要像原生指针一样高效。

Deleter作为对象的成员一般会有哪些额外开销？

通常要存起来，多占用空间。 调用时可能会有一次额外的跳转（相比delete或delete[]）。

shared_ptr总是要分配一个ControlBlock的，多加一个Deleter的空间开销也不大，第一条pass；shared_ptr在析构时要先原子减RefCount，如果WeakCount也为0还要再析构ControlBlock，那么调用Deleter析构持有的对象时多一次跳转也不算什么，第二条pass。

既然shared_ptr并不担心Deleter带来的额外开销，同时把Deleter作为模板类型的一部分还会导致使用上变复杂，那么它只把Deleter作为构造函数的类型就是显然的事情了。

而unique_ptr采用了“空基类”的技巧，将Deleter作为基类，在用户不指定Deleter时根本不占空间，第一条pass；用户不指定Deleter时默认的Deleter会是default_delete，它的operator()在类的定义内，会被inline掉，这样调用Deleter时也就没有额外的开销了，第二条pass。

因此unique_ptr通过上面两个技巧，成功的消除了默认Deleter可能带来的额外开销，保证了与原生指针完全相同的性能。代价就是Deleter需要是模板类型的一部分。

Why does unique_ptr take two template parameters when shared_ptr only takes one? Why does unique_ptr have the deleter as a type parameter while shared_ptr doesnt?
unique_ptr是如何使用空基类技巧的

我们参考clang的实现来学习一下unique_ptr使用的技巧。

template class _Tp, class _Dp = default_delete _Tp 

class unique_ptr

public:

 typedef _Tp element_type;

 typedef _Dp deleter_type;

 typedef typename __pointer_type _Tp, deleter_type ::type pointer;

private:

 __compressed_pair pointer, deleter_type __ptr_;

};

忽略掉unique_ptr中的各种成员函数，我们看到它只有一个成员变量__ptr__，类型是__compressed_pair pointer, deleter_type 。我们看看它是什么，是怎么省掉了Deleter的空间的。

template class _T1, class _T2 

class __compressed_pair

 : private __libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2 {

};

__compressed_pair没有任何的成员变量，就说明它的秘密藏在了它的基类中，我们继续看。

template class _T1, class _T2, unsigned = __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2 ::value 

class __libcpp_compressed_pair_imp;

__libcpp_compressed_pair_imp有三个模板类型参数，前两个是传入的_T1和_T2，第三个参数是一个无符号整数，它是什么？我们往下看，看到了它的若干个特化版本：

template class _T1, class _T2 

class __libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2, 0 

private:

 _T1 __first_;

 _T2 __second_;

template class _T1, class _T2 

class __libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2, 1 

 : private _T1

private:

 _T2 __second_;

template class _T1, class _T2 

class __libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2, 2 

 : private _T2

private:

 _T1 __first_;

template class _T1, class _T2 

class __libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2, 3 

 : private _T1,

 private _T2

};

看起来第三个参数有4种取值，分别是：

0: 没有基类，两个成员变量。 1: 有一个基类_T1，和一个_T2类型的成员变量。 2: 有一个基类_T2，和一个_T1类型的成员变量。 3: 有两个基类_T1和_T2，没有成员变量。

__compressed_pair继承自__libcpp_compressed_pair_imp _T1, _T2 ，没有指定第三个参数的值，那么这个值应该来自__libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2 ::value。我们看一下__libcpp_compressed_pair_switch是什么：

template class _T1, class _T2, bool = is_same typename remove_cv _T1 ::type,

 typename remove_cv _T2 ::type ::value,

 bool = is_empty _T1 ::value

 !__libcpp_is_final _T1 ::value,

 bool = is_empty _T2 ::value

 !__libcpp_is_final _T2 ::value

struct __libcpp_compressed_pair_switch;

template class _T1, class _T2, bool IsSame 

struct __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2, IsSame, false, false {enum {value = 0};};

template class _T1, class _T2, bool IsSame 

struct __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2, IsSame, true, false {enum {value = 1};};

template class _T1, class _T2, bool IsSame 

struct __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2, IsSame, false, true {enum {value = 2};};

template class _T1, class _T2 

struct __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2, false, true, true {enum {value = 3};};

template class _T1, class _T2 

struct __libcpp_compressed_pair_switch _T1, _T2, true, true, true {enum {value = 1};};

__libcpp_compressed_pair_switch的三个bool模板参数的含义是：

可以看到，在_T1和_T2不同时，它们中的空类型就会被当作__compressed_pair的基类，就会利用到C++中的“空基类优化“。

那么在unique_ptr中，_T1和_T2都是什么呢？看前面的代码，_T1就是__pointer_type _Tp, deleter_type ::type，而_T2则是Deleter，在默认情况下是default_delete _Tp 。

我们先看__pointer_type是什么：

namespace __pointer_type_imp

template class _Tp, class _Dp, bool = __has_pointer_type _Dp ::value 

struct __pointer_type

 typedef typename _Dp::pointer type;

template class _Tp, class _Dp 

struct __pointer_type _Tp, _Dp, false 

 typedef _Tp* type;

} // __pointer_type_imp

template class _Tp, class _Dp 

struct __pointer_type

 typedef typename __pointer_type_imp::__pointer_type _Tp, typename remove_reference _Dp ::type ::type type;

};

可以看到__pointer_type _Tp, deleter_type ::type就是__pointer_type_imp::__pointer_type _Tp, typename remove_reference _Dp ::type ::type。这里我们看到了__has_pointer_type，它是什么？

namespace __has_pointer_type_imp

 template class _Up static __two __test(...);

 template class _Up static char __test(typename _Up::pointer* = 0);

}

简单来说__has_pointer_type就是：如果_Up有一个内部类型pointer，即_Up::pointer是一个类型，那么__has_pointer_type就返回true，例如pointer_traits::pointer，否则返回false。

大多数场景下_Dp不会是pointer_traits，因此__has_pointer_type就是false，__pointer_type _Tp, deleter_type ::type就是_Tp*，我们终于看到熟悉的原生指针了！

_T1是什么我们已经清楚了，就是_Tp*，它不会是空基类。那么_T2呢？我们看default_delete _Tp ：

template class _Tp 

struct default_delete

 template class _Up 

 default_delete(const default_delete _Up ,

 typename enable_if is_convertible _Up*, _Tp* ::value ::type* = 0) _NOEXCEPT {}

 void operator() (_Tp* __ptr) const _NOEXCEPT

 static_assert(sizeof(_Tp) 0, "default_delete can not delete incomplete type");

 static_assert(!is_void _Tp ::value, "default_delete can not delete incomplete type");

 delete __ptr;

};

我们看到default_delete符合上面说的空类型的几个要求，因此_T2就是空类型，也是__compressed_pair的基类，在”空基类优化“后，_T2就完全不占空间了，只占一个原生指针的空间。

而且default_delete::operator()是定义在default_delete内部的，默认是inline的，它在调用上的开销也被省掉了！

__libcpp_compressed_pair_switch在_T1和_T2类型相同，且都是空类型时，为什么只继承自_T1，而把_T2作为成员变量的类型？ unique_ptr与pointer_traits是如何交互的？
C++模板和泛型编程详解 C++中的模板和泛型编程是非常重要的概念。模板是一种将数据类型作为参数的通用程序设计方法。它们允许开发人员编写可以处理各种数据类型的代码，而无需为每种数据类型编写不同的代码。下面介绍了一些关于C++中模板和泛型编程的重要知识点
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【C++初阶】四、模板初阶 一、泛型编程 二、函数模板 2.1 函数模板概念 2.1 函数模板格式 2.3 函数模板的原理 2.4 函数模板的实例化 2.5 模板参数的匹配原则 2.6 函数模板不支持定义和声明分离 三、类模板 3.1 类模板的定义格式 3.2 类模板的实例化
C++【模板初阶】 早在北宋年间，中国的毕昇就已经发明了泥活字，标志着四大发明之一的活字印刷术正式诞生，从此文化传播取得了革命性突破，各种文学作品得以走进千家万户。倘若这项技术还没有被发明，那么恐怕我们现在的书本都还得靠逐字手抄传播，效率是非常低的 我们的程序也是如此，很多需要频繁使用的函数每次都得手动写，这可难不倒程序员，于是在上世纪80年代末，范型编程思想正式诞生，它就像是印刷文字的模具，将程序主体刻在其中，需要使用时让编译器根据参数类型生成即可，这就是我们今天的主角模板
安菲拉尔 哈尔滨工业大学微电子学硕士，主攻方向为分布式存储与高性能服务器编程，目前就职于阿里云表格存储团队，负责后端开发。