• 原始指针的缺陷有：
  • 声明中未指出指向的是单个对象还是一个数组
  • 没有提示使用完对象后是否需要析构，从声明中无法看出指针是否拥有对象
  • 不知道析构该使用 delete 还是其他方式（比如传入一个专门用于析构的函数）
  • 即使知道了使用 delete，也不知道 delete 的是单个对象还是数组（使用 delete[]）
  • 难以保证所有路径上只产生一次析构
  • 没有检查空悬指针的办法
• 智能指针解决了这些问题，它封装了原始指针，行为看起来和原始指针类似但大大减少了犯错的可能
• C++11 引入了三种智能指针：std::shared_ptr、std::unique_ptr、std::weak_ptr

18 用 std::unique_ptr 管理所有权唯一的资源

• 使用智能指针时一般首选 std::unique_ptr，默认情况下它和原始指针尺寸相同
• std::unique_ptr 对资源拥有唯一所有权，因此它是 move-obly 类型，不允许拷贝。它常用作工厂函数的返回类型，这样工厂函数生成的对象在需要销毁时会被自动析构，而不需要手动析构

struct A {};

std::unique_ptr<A> make_a() { return std::unique_ptr<A>{new A}; }

auto p = make_a();

• std::unique_ptr 的析构默认通过 delete 内部的原始指针完成，但也可以自定义删除器，删除器需要一个 std::unique_ptr 内部指针类型作为参数

struct A {};

auto f = [](A* p) {
  std::cout << "destroy\n";
  delete p;
};

std::unique_ptr<A, decltype(f)> make_a() {
  std::unique_ptr<A, decltype(f)> p{new A, f};
  return p;
}

• 使用 C++14 的 auto 返回类型，可以将删除器的 lambda 定义在工厂函数内，封装性更好一些

struct A {};

auto make_a() {
  auto f = [](A* p) {
    std::cout << "destroy\n";
    delete p;
  };
  std::unique_ptr<A, decltype(f)> p{new A, f};
  return p;
}

• 可以进一步扩展成支持继承体系的工厂函数

struct A {
  // 删除器对任何对象调用的是基类的析构函数，因此必须声明为虚函数
  virtual ~A() = default;
};
// 基类的析构函数为虚函数，则派生类的析构函数默认为虚函数
struct B : A {};  
struct C : A {};
struct D : A {};

auto make_a(int i) {
  auto f = [](A* p) {
    std::cout << "destroy\n";
    delete p;
  };
  std::unique_ptr<A, decltype(f)> p{nullptr, f};
  if (i == 1) {
    p.reset(new B);
  } else if (i == 2) {
    p.reset(new C);
  } else {
    p.reset(new D);
  }
  return p;
}

• 默认情况下，std::unique_ptr 和原始指针尺寸相同，如果自定义删除器则 std::unique_ptr 会加上删除器的尺寸。一般无状态的函数对象（如无捕获的 lambda）不会浪费任何内存，作为删除器可以节约空间

struct A {};

auto f = [](A* p) { delete p; };

void g(A* p) { delete p; }

struct X {
  void operator()(A* p) const { delete p; }
};

std::unique_ptr<A> p1{new A};
std::unique_ptr<A, decltype(f)> p2{new A, f};
std::unique_ptr<A, decltype(g)*> p3{new A, g};
std::unique_ptr<A, decltype(X())> p4{new A, X{}};

static_assert(sizeof(p1) == sizeof(nullptr));  // 默认尺寸，即一个原始指针的尺寸
static_assert(sizeof(p2) == sizeof(nullptr));  // 无捕获 lambda 不会浪费尺寸
static_assert(sizeof(p3) == sizeof(nullptr) * 2);  // 函数指针占一个原始指针尺寸
static_assert(sizeof(p4) == sizeof(nullptr));  // 无状态的函数对象，但如果函数对象有状态（如数据成员、虚函数）就会增加尺寸

• std::unique_ptr 作为返回类型的另一个方便之处是，可以转为 std::shared_ptr

// std::make_unique 的返回类型是 std::unique_ptr
std::shared_ptr<int> p = std::make_unique<int>(42);

• std::unique_ptr 针对数组提供了一个特化版本，此版本提供 operator[]，但不提供单元素版本的 operator* 和 operator->，这样对其指向的对象就不存在二义性

#include <cassert>
#include <memory>

int main() {
  std::unique_ptr<int[]> p{new int[3]{0, 1, 2}};
  for (int i = 0; i < 3; ++i) {
    assert(p[i] == i);
  }
}

19 用 std::shared_ptr 管理所有权可共享的资源

• std::shared_ptr 内部有一个引用计数，用来存储资源被共享的次数。因为内部多了一个指向引用计数的指针，所以 std::shared_ptr 的尺寸是原始指针的两倍

int* p = new int{42};
auto q = std::make_shared<int>(42);
static_assert(sizeof(p) == sizeof(nullptr));
static_assert(sizeof(q) == sizeof(nullptr) * 2);

• std::shared_ptr 默认析构方式和 std::unique_ptr 一样，也是 delete 内部的原始指针，同样可以自定义删除器，不过不需要在模板参数中指明删除器类型

class A {};
auto f = [](A* p) { delete p; };

std::unique_ptr<A, decltype(f)> p{new A, f};
std::shared_ptr<A> q{new A, f};

• 模板参数中不含删除器的设计为接口提供了更好的灵活度

std::shared_ptr<A> p{new A, f};
std::shared_ptr<A> q{new A, g};
// 使用不同的删除器但具有相同的类型，因此可以放进同一容器
std::vector<std::shared_ptr<A>> v{p, q};

• 删除器不影响 std::shared_ptr 的尺寸，因为删除器不是 std::shared_ptr 的一部分，而是位于堆上或自定义分配器的内存位置。std::shared_ptr 有一个 control block，它包含了引用计数的指针和自定义删除器的拷贝，以及一些其他数据（比如弱引用计数）

• alias constructor 可以使 std::shared_ptr 拥有某个对象所有权，但内容指向另一对象

#include <cassert>
#include <memory>

int main() {
  auto p = std::make_shared<int>(0);
  std::shared_ptr<int> q(p, new int(1));
  assert(*q == 1);
  assert(p.use_count() == 2);
  assert(q.use_count() == 2);
  p.reset();
  assert(p.use_count() == 0);
  assert(q.use_count() == 1);
  // 再次共享时引用计数为 0，但内部却可以保存值
  std::shared_ptr<int> p2(p, new int(2));
  assert(*p2 == 2);
  assert(p.use_count() == 0);
  assert(q.use_count() == 1);
  assert(p2.use_count() == 0);
}

• dynamic_pointer_cast 的实现就使用了 alias constructor

template <class T, class U>
std::shared_ptr<T> dynamic_pointer_cast(const std::shared_ptr<U>& r) noexcept {
  if (auto p =
          dynamic_cast<typename std::shared_ptr<T>::element_type*>(r.get())) {
    return std::shared_ptr<T>(r, p);  // 返回值与源指针共享所有权
  } else {
    return std::shared_ptr<T>();
  }
}

• std::shared_ptr 内部实现如下

template <typename T>
struct sp_element {
  using type = T;
};

template <typename T>
struct sp_element<T[]> {
  using type = T;
};

template <typename T, std::size_t N>
struct sp_element<T[N]> {
  using type = T;
};

template <typename T>
class shared_ptr {
  using elem_type = typename sp_element<T>::type;
  elem_type* px;    // 内部指针
  shared_count pn;  // 引用计数
  template <typename U>
  friend class shared_ptr;
  template <typename U>
  friend class weak_ptr;
};

class shared_count {
  sp_counted_base* pi;
  int shared_count_id;
  friend class weak_count;
};

class weak_count {
  sp_counted_base* pi;
};

class sp_counted_base {
  int use_count;   // 引用计数
  int weak_count;  // 弱引用计数
};

template <typename T>
class sp_counted_impl_p : public sp_counted_base {
  T* px;  // 删除器
};

• std::shared_ptr 保证线程安全，因此引用计数的递增和递减是原子操作，原子操作一般比非原子操作慢

class sp_counted_base {
 private:
  std::atomic_int_least32_t use_count_;  // 即 std::atomic<int>
  std::atomic_int_least32_t weak_count_;

 public:
  sp_counted_base() : use_count_(1), weak_count_(1) {}
  virtual ~sp_counted_base() {}
  virtual void dispose() = 0;
  virtual void destroy() { delete this; }

  void add_ref_copy() { atomic_increment(&use_count_); }

  bool add_ref_lock() { return atomic_conditional_increment(&use_count_) != 0; }

  void release() {
    if (atomic_decrement(&use_count_) == 1) {
      dispose();
      weak_release();
    }
  }

  void weak_add_ref() { atomic_increment(&weak_count_); }

  long use_count() const { return use_count_.load(std::memory_order_acquire); }
};

• control block 在创建第一个 std::shared_ptr 时确定，因此 control block 的创建发生在如下时机
  • 调用 std::make_shared 时：调用时生成一个新对象，此时显然不会有关于该对象的 control block
  • 从 std::unique_ptr 构造 std::shared_ptr 时：因为 std::unique_ptr 没有 control block
  • 用原始指针构造 std::shared_ptr 时
• 这意味着用同一个原始指针构造多个 std::shared_ptr，将创建多个 control block，即有多个引用指针，当引用指针变为零时就会出现多次析构的错误

#include <memory>

int main() {
  {
    int* i = new int{42};
    std::shared_ptr<int> p{i};
    std::shared_ptr<int> q{i};
  }  // 错误
}

• 使用 std::make_shared 就不会有这个问题

auto p = std::make_shared<int>(42);

• 但 std::make_shared 不支持自定义删除器，这时应该直接传递 new 的结果

auto f = [](int*) {};
std::shared_ptr<int> p{new int(42), f};

• 用类的 this 指针构造 std::make_shared 时，*this 的所有权不会被共享

#include <cassert>
#include <memory>

class A {
 public:
  std::shared_ptr<A> f() { return std::shared_ptr<A>(this); }
};

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<A>();
    auto q = p->f();
    assert(p.use_count() == 1);
    assert(q.use_count() == 1);
  }  // ERROR
}

• 比如用类自身的 shared_ptr 传给回调函数，回调结束时，类对象就会被析构

#include <memory>

template <typename T>
void callback(const T& p) {
  p->print();
}

class A {
 public:
  void f() { callback(std::shared_ptr<A>(this)); }
  void print() {}
};

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<A>();
    p->f();  // 调用结束时析构 std::shared_ptr<A>(this)，p 中的对象被析构
  }          // ERROR：再次析构
}

• 为了解决这个问题，需要继承 std::enable_shared_from_this，通过其提供的 shared_from_this 获取 *this 的所有权

#include <cassert>
#include <memory>

class A : public std::enable_shared_from_this<A> {
 public:
  std::shared_ptr<A> f() { return shared_from_this(); }
};

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<A>();
    auto q = p->f();
    assert(p.use_count() == 2);
    assert(q.use_count() == 2);
  }  // OK
}

• shared_from_this 的原理是为 *this 的 control block 创建一个新的 std::shared_ptr

template <class T>
class enable_shared_from_this {
 public:
  shared_ptr<T> shared_from_this() {
    shared_ptr<T> p(weak_this_);
    return p;
  }

 public:
  /*
   * 构造 shared_ptr<A> 时
   * 如果 A 继承了 enable_shared_from_this<A>
   * 则调用此函数
   */
  template <class X, class Y>
  void _internal_accept_owner(const shared_ptr<X>* ppx, Y* py) {
    if (weak_this_.expired()) {
      // alias constructor，共享 *ppx 的引用计数，但指向 py
      weak_this_ = shared_ptr<T>(*ppx, py);
    }
  }

 private:
  weak_ptr<T> weak_this_;
};

template <class T>
class shared_ptr {
 public:
  template <class Y>
  explicit shared_ptr(Y* p) : px(p), pn() {
    boost::detail::sp_pointer_construct(this, p, pn);
  }

  template <class T, class Y>
  void sp_pointer_construct(boost::shared_ptr<T>* ppx, Y* p,
                            boost::detail::shared_count& pn) {
    boost::detail::shared_count(p).swap(pn);
    boost::detail::sp_enable_shared_from_this(ppx, p, p);
  }

  template <class X, class Y, class T>
  void sp_enable_shared_from_this(boost::shared_ptr<X> const* ppx, Y const* py,
                                  boost::enable_shared_from_this<T> const* pe) {
    if (pe != 0) {
      pe->_internal_accept_owner(ppx, const_cast<Y*>(py));  // ppx 和 py 一致
    }
  }

  void sp_enable_shared_from_this(...) {
  }  // 如果第三个参数不能转为 enable_shared_from_this 则调用此函数

  shared_ptr(shared_ptr<Y> const& r, element_type* p)
      : px(p), pn(r.pn) {}  // alias constructor，共享引用计数但指向不同对象

 private:
  using elem_type = typename sp_element<T>::type;
  element_type* px;                // 内部指针
  boost::detail::shared_count pn;  // 控制块，包含引用计数、删除器
}

• *this 必须有一个已关联的 control block，即有一个指向 *this 的 std::shared_ptr，否则行为未定义，抛出 std::bad_weak_ptr 异常

#include <memory>

class A : public std::enable_shared_from_this<A> {
 public:
  std::shared_ptr<A> f() { return shared_from_this(); }
};

int main() {
  auto p = new A;
  auto q = p->f();  // 抛出 std::bad_weak_ptr 异常
}

• 为了只允许创建用 std::shared_ptr 指向的对象，可以将构造函数放进 private 作用域，并提供一个返回 std::shared_ptr 对象的工厂函数

#include <memory>

class A : public std::enable_shared_from_this<A> {
 public:
  static std::shared_ptr<A> create() { return std::shared_ptr<A>(new A); }
  std::shared_ptr<A> f() { return shared_from_this(); }

 private:
  A() = default;
};

int main() {
  auto p = A::create();  // 构造函数为 private，auto p = new A 将报错
  auto q = p->f();       // OK
}

• MSVC 在 std::enable_shared_from_this 中定义了一个别名 _Esft_type，在 std::shared_ptr 中检测 _Esft_type 别名，如果存在则说明继承了 std::enable_shared_from_this，此时再用 std::shared_ptr 初始化基类中名为 _Wptr 的 weak_ptr

#include <type_traits>

// 检测 T* 能否转为 T::_Esft_type*
template <class T, class = void>
struct _enable_shared : false_type {};

template <class T>
struct _enable_shared<T, void_t<typename T::_Esft_type>>
    : is_convertible<remove_cv_t<T>*, typename T::_Esft_type*>::type {};

template <class T>
class shared_ptr {
 public:
  template <class Y>
  explicit shared_ptr(Y* px) {
    _Set_ptr_rep_and_enable_shared(px, new _Ref_count<Y>(px));
  }

  template <class Y>
  void _Set_ptr_rep_and_enable_shared(Y* const px, _Ref_count_base* const pn) {
    this->_Ptr = px;
    this->_Rep = pn;
    if constexpr (_enable_shared<Y> >) {
      if (px && px->_Wptr.expired()) {
        px->_Wptr =
            shared_ptr<remove_cv_t<Y>>(*this, const_cast<remove_cv_t<Y>*>(px));
      }
    }
  }
}

• 根据 MSVC 的检测方式自定义一个能被 MSVC 的 std::shared_ptr 使用的 enable_shared_from_this

#include <cassert>
#include <memory>

template <typename T>
class B {
 public:
  using _Esft_type = B;  // 定义 _Esft_type 且派生类指针要能转为 _Esft_type*

  std::shared_ptr<T> my_shared_from_this() { return std::shared_ptr<T>(_Wptr); }

 private:
  template <class U>
  friend class std::shared_ptr;

  std::weak_ptr<T> _Wptr;  // 提供一个名为 _Wptr 的 weak_ptr
};

class A : public B<A> {
 public:
  std::shared_ptr<A> f() { return my_shared_from_this(); }
};

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<A>();
    auto q = p->f();
    assert(p.use_count() == 2);
    assert(q.use_count() == 2);
  }  // OK
}

20 用 std::weak_ptr 观测 std::shared_ptr 的内部状态

• std::weak_ptr 不能解引用，它不是一种独立的智能指针，而是 std::shared_ptr 的一种扩充，它用 std::shared_ptr 初始化，共享对象但不改变引用计数，主要作用是观察 std::shared_ptr 的内部状态

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <memory>

std::weak_ptr<int> w;

void f(std::weak_ptr<int> w) {
  if (auto p = w.lock()) {
    std::cout << *p;
  } else {
    std::cout << "can't get value";
  }
}

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<int>(42);
    w = p;
    assert(p.use_count() == 1);
    assert(w.expired() == false);
    f(w);  // 42
    auto q = w.lock();
    assert(p.use_count() == 2);
    assert(q.use_count() == 2);
  }
  f(w);  // can't get value
  assert(w.expired() == true);
  assert(w.lock() == nullptr);
}

• std::weak_ptr 的另一个作用是解决循环引用问题

#include <cassert>
#include <iostream>
#include <memory>

class B;
class A {
 public:
  std::shared_ptr<B> b;
  virtual ~A() { std::cout << "destroy A\n"; }
};

class B {
 public:
  std::weak_ptr<A> a;
  virtual ~B() { std::cout << "destroy B\n"; }
};

int main() {
  {
    auto p = std::make_shared<A>();
    p->b = std::make_shared<B>();
    p->b->a = p;
    assert(p.use_count() == 1);
  }  // p.use_count() 由 1 减为 0，从而正常析构
  // 若将 weak_ptr 改为 shared_ptr，p.use_count() 为 2，此处减为 1，不会析构
  // 此时 p->b 也不会析构，导致两次内存泄漏
}

21 用 std::make_unique（std::make_shared） 创建 std::unique_ptr（std::shared_ptr）

• C++14 提供了 std::make_unique，C++11 可以手动实现一个基础功能版

template <typename T, typename... Args>
std::unique_ptr<T> make_unique(Args&&... args) {
  return std::unique_ptr<T>{new T{std::forward<Args>(args)...}};
}

• 这个基础函数不支持数组和自定义删除器，但这些不难实现。从这个基础函数可以看出，make 函数把实参完美转发给构造函数并返回构造出的智能指针。除了 std::make_shared 和 std::make_unique，还有一个 make 函数是 std::allocate_shared，它的行为和 std::make_shared 一样，只不过第一个实参是分配器对象
• 优先使用 make 函数的一个明显原因就是只需要写一次类型

auto p = std::make_unique<int>(42);
std::unique_ptr<int> q{new int{42}};

• 另一个原因与异常安全相关

void f(std::shared_ptr<A> p, int n) {}
int g() { return 1; }
f(std::shared_ptr<A>{new A}, g());  // 潜在的内存泄露隐患
// g 可能运行于 new A 还未返回给 std::shared_ptr 的构造函数时
// 此时如果 g 抛出异常，则 new A 就发生了内存泄漏

• 解决方法有两种，一是单独用一条语句创建 std::shared_ptr，二是使用 make 函数

std::shared_ptr<A> p(new A);  // 如果发生异常，删除器将析构 new 创建的对象
f(std::move(p), g());

f(std::make_shared<A>(), g());  // 不会发生内存泄漏，且只需要一次内存分配

• make 函数有两个限制，一是它无法定义删除器

auto f = [](A* p) { delete p; };
std::unique_ptr<A, decltype(f)> p{new A, f};
std::shared_ptr<A> q{new A, f};

• 使用自定义删除器，但又想避免内存泄漏，解决方法是单独用一条语句来创建 std::shared_ptr

auto d = [](A* p) { delete p; };
std::shared_ptr<A> p{new A, d};  // 如果发生异常，删除器将析构 new 创建的对象
f(std::move(p), g());

• make 函数的第二个限制是，make 函数中的完美转发使用的是小括号初始化，在持有 std::vector 类型时，设置初始化值不如大括号初始化方便。一个不算直接的解决方法是，先构造一个 std::initializer_list 再传入

auto p = std::make_unique<std::vector<int>>(3, 6);  // vector 中是 3 个 6
auto q = std::make_shared<std::vector<int>>(3, 6);  // vector 中是 3 个 6

auto x = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
auto p2 = std::make_unique<std::vector<int>>(x);
auto q2 = std::make_shared<std::vector<int>>(x);

• std::make_unique 只存在这两个限制，但 std::make_shared 和 std::allocate_shared 还有两个限制
  • 如果类重载了 operator new 和 operator delete，其针对的内存尺寸一般为类的尺寸，而 std::shared_ptr 还要加上 control block 的尺寸，因此 std::make_shared 不适用重载了 operator new 和 operator delete 的类
  • std::make_shared 使 std::shared_ptr 的 control block 和管理的对象在同一内存上分配（比用 new 构造智能指针在尺寸和速度上更优的原因），对象在引用计数为 0 时被析构，但其占用的内存直到 control block 被析构时才被释放，比如 std::weak_ptr 会持续指向 control block（为了检查引用计数以检查自身是否失效），control block 直到最后一个 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 被析构时才释放
• 假如对象尺寸很大，且最后一个 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 析构之间的时间间隔不能忽略，就会产生对象析构和内存释放之间的延迟

auto p = std::make_shared<ReallyBigType>();
…  // 创建指向该对象的多个 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 并做一些操作
…  // 最后一个 std::shared_ptr 被析构，但 std::weak_ptr 仍存在
…  // 此时，大尺寸对象占用内存仍未被回收
…  // 最后一个 std::weak_ptr 被析构，control block 和对象占用的同一内存块被释放

• 如果 new 构造 std::shared_ptr，最后一个 std::shared_ptr 被析构时，内存就能立即被释放

std::shared_ptr<ReallyBigType> p(new ReallyBigType);
…  // 创建指向该对象的多个 std::shared_ptr 和 std::weak_ptr 并做一些操作
…  // 最后一个 std::shared_ptr 被析构，std::weak_ptr 仍存在，但 ReallyBigType 占用的内存立即被释放
…  // 此时，仅 control block 内存处于分配而未回收状态
…  // 最后一个 std::weak_ptr 被析构，control block 的内存块被释放

22 用 std::unique_ptr 实现 pimpl 必须在源文件中提供析构函数定义

• pimpl 就是把数据成员提取到类中，用指向该类的指针替代原来的数据成员。因为数据成员会影响内存布局，将数据成员用一个指针替代可以减少编译期依赖，保持 ABI 兼容
• 比如对如下类

// A.h
#include <string>
#include <vector>

class A {
 private:
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

• 使用 pimpl 后

// A.h
class A {
 public:
  A();
  ~A();

 private:
  struct X;
  X* x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"


struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(new X) {}
A::~A() { delete x; }

• 现在使用 std::unique_ptr 替代原始指针，不再需要使用析构函数释放指针

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();

 private:
  struct X;
  std::unique_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"


struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_unique<X>()) {}

• 但调用上述代码会出错

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

int main() {
  A a;  // 错误：A::X 是不完整类型
}

• 原因在于 std::unique_ptr 析构时会在内部调用默认删除器，默认删除器的 delete 语句之前会用 static_assert 断言指针指向的不是非完整类型

// 删除器的实现
template <class T>
struct default_delete {  // default deleter for unique_ptr
  constexpr default_delete() noexcept = default;

  template <class U, enable_if_t<is_convertible_v<U*, T*>, int> = 0>
  default_delete(const default_delete<U>&) noexcept {}

  void operator()(T* p) const noexcept {
    static_assert(0 < sizeof(T), "can't delete an incomplete type");
    delete p;
  }
};

• 解决方法就是让析构 std::unique_ptr 的代码看见完整类型，即让析构函数的定义位于要析构的类型的定义之后

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();
  ~A();

 private:
  struct X;
  std::unique_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"


struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_unique<X>()) {}
A::~A() = default;  // 必须位于 A::X 的定义之后

• 使用 pimpl 的类自然应该支持移动操作，但定义析构函数会阻止默认生成移动操作，因此会想到添加默认的移动操作声明

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();
  ~A();
  A(A&&) = default;
  A& operator=(A&&) = default;

 private:
  struct X;
  std::unique_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"


struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_unique<X>()) {}
A::~A() = default;  // 必须位于 A::X 的定义之后

• 但调用移动操作会出现相同的问题

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

int main() {
  A a;
  A b(std::move(a));   // 错误：使用了未定义类型 A::X
  A c = std::move(a);  // 错误：使用了未定义类型 A::X
}

• 原因也一样，移动操作会先析构原有对象，调用删除器时触发断言。解决方法也一样，让移动操作的定义位于要析构的类型的定义之后

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();
  ~A();
  A(A&&);
  A& operator=(A&&);

 private:
  struct X;
  std::unique_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"


struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_unique<X>()) {}
A::A(A&&) = default;
A& A::operator=(A&&) = default;
A::~A() = default;

• 编译器不会为 std::unique_ptr 这类 move-only 类型生成拷贝操作，即使可以生成也只是拷贝指针本身（浅拷贝），因此如果要提供拷贝操作，则需要自己编写

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();
  ~A();
  A(A&&);
  A& operator=(A&&);
  A(const A&);
  A& operator=(const A&);

 private:
  struct X;
  std::unique_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"

struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_unique<X>()) {}
A::A(A&&) = default;
A& A::operator=(A&&) = default;
A::~A() = default;
A::A(const A& rhs) : x(std::make_unique<X>(*rhs.x)) {}
A& A::operator=(const A& rhs) {
  *x = *rhs.x;
  return *this;
}

• 如果使用 std::shared_ptr，则不需要关心上述所有问题

// A.h
#include <memory>

class A {
 public:
  A();

 private:
  struct X;
  std::shared_ptr<X> x;
};

// A.cpp
#include <string>
#include <vector>

#include "A.h"

struct A::X {
  int i;
  std::string s;
  std::vector<double> v;
};

A::A() : x(std::make_shared<X>()) {}

• 实现 pimpl 时，std::unique_ptr 尺寸更小，运行更快一些，但必须在实现文件中指定特殊成员函数，std::shared_ptr 开销大一些，但不需要考虑因为删除器引发的一系列问题。但对于 pimpl 来说，主类和数据成员类之间是专属所有权的关系，std::unique_ptr 更合适。如果在需要共享所有权的特殊情况下，std::shared_ptr 更合适