Скотт Мейерс - Эффективный и современный С++. 42 рекомендации по использованию С++11 и С++14

Интеллектуальный указатель std::shared_ptrпредставляет собой способ, которым С++11 объединяет эти два мира. Объект, доступ к которому осуществляется через указатели std::shared_ptr, имеет время жизни, управление которым осуществляется этими указателями посредством совместного владения . Никакой конкретный указатель std::shared_ptrне владеет данным объектом. Вместо этого все указатели std::shared_ptr, указывающие на него, сотрудничают для обеспечения гарантии, что его уничтожение произойдет в точке, где он станет более ненужным. Когда последний указатель std::shared_ptr, указывающий на объект, прекратит на него указывать (например, из-за того, что этот std::shared_ptrбудет уничтожен или перенаправлен на другой объект), этот std::shared_ptrуничтожит объект, на который он указывал. Как и в случае сборки мусора, клиентам не надо самим беспокоиться об управлении временем жизни объектов, на которые они указывают, но, как и при работе с деструкторами, время уничтожения объекта оказывается строго определенным.

Указатель std::shared_ptrможет сообщить, является ли он последним указателем, указывающим на ресурс, с помощью счетчика ссылок, значения, связанного с ресурсом и отслеживающего, какое количество указателей std::shared_ptrуказывает на него. Конструкторы std::shared_ptrувеличивают этот счетчик (обычно увеличивают — см. ниже), деструкторы std::shared_ptrуменьшают его, а операторы копирующего присваивания делают и то, и другое. (Если sp1и sp2являются указателями std::shared_ptr, указывающими на разные объекты, присваивание “ sp1 = sp2;” модифицирует sp1так, что он указывает на объект, на который указывает sp2. Конечным результатом присваивания является то, что счетчик ссылок для объекта, на который изначально указывал sp1, уменьшается, а значение счетчика для объекта, на который указывает sp2, увеличивается.) Если std::shared_ptrпосле выполнения декремента видит нулевой счетчик ссылок, это означает, что на ресурс не указывает больше ни один std::shared_ptr, так что наш интеллектуальный указатель освобождает этот ресурс.

Наличие счетчиков ссылок влияет на производительность.

• Размер std::shared_ptrв два раза больше размера обычного указателя, поскольку данный интеллектуальный указатель содержит обычный указатель на ресурс и другой обычный указатель на счетчик ссылок [12] Стандарт не требует использования именно такой реализации, но все известные мне реализации стандартной библиотеки поступают именно так .

• Память для счетчика ссылок должна выделяться динамически. Концептуально счетчик ссылок связан с объектом, на который он указывает, однако сам указываемый объект об этом счетчике ничего не знает. В нем нет места для хранения счетчика ссылок. (Приятным следствием этого является то, что интеллектуальный указатель std::shared_ptrможет работать с объектами любого типа (в том числе встроенных типов).) В разделе 4.4 поясняется, что можно избежать стоимости динамического выделения при создании указателя std::shared_ptrс помощью вызова std::make_shared, однако имеются ситуации, когда функция std::make_sharedнеприменима. В любом случае счетчик ссылок хранится в динамически выделенной памяти.

• Инкремент и декремент счетчика ссылок должны быть атомарными, поскольку могут присутствовать одновременное чтение и запись в разных потоках. Например, std::shared_ptr, указывающий на ресурс в одном потоке, может выполнять свой деструктор (тем самым уменьшая количество ссылок на указываемый им ресурс), в то время как в другом потоке указатель std::shared_ptrна тот же объект может быть скопирован (а следовательно, увеличивает тот же счетчик ссылок). Атомарные операции обычно медленнее неатомарных, так что несмотря на то, что обычно счетчики ссылок имеют размер в одно слово, следует рассматривать их чтение и запись как относительно дорогостоящие операции.

Возбудил ли я ваше любопытство, когда написал, что конструкторы std::shared_ptr“обычно” увеличивают счетчик ссылок для указываемого объекта? При создании std::shared_ptr, указывающего на объект, всегда добавляется еще один интеллектуальный указатель std::shared_ptr, так почему же счетчик ссылок может увеличиваться не всегда ?

Из-за перемещающего конструирования — вот почему. Перемещающее конструирование указателя std::shared_ptrиз другого std::shared_ptrделает исходный указатель нулевым, а это означает, что старый std::shared_ptrперестает указывать на ресурс в тот же момент, в который новый std::shared_ptrначинает это делать. В результате изменение значения счетчика ссылок не требуется. Таким образом, перемещение std::shared_ptrоказывается быстрее копирования: копирование требует увеличения счетчика ссылок, а перемещение — нет. Это справедливо как для присваивания, так и для конструирования, так что перемещающее конструирование быстрее копирующего конструирования, а перемещающее присваивание быстрее копирующего присваивания.